我國兩家科研機構分別揭示了蟠桃成型的遺傳奧秘

Plant Biotechnology Journal | 武漢植物園發現了染色體倒位導致蟠桃果形形成的遺傳機理

Genome Biology | 中國農科院王力榮團隊構建桃樹完整的基因結構變異圖譜，並發現了控制26個農藝性狀的重要候選基因

蟠桃肉質細膩、甘甜味鮮、食用方便，深受人們喜愛。

蟠桃扁平果形受位於第6號染色體上S位點的單基因控制，但其遺傳機理尚不清楚。武漢植物園果樹分子育種學科組科研人員在韓月彭研究員帶領下研究發現S位點下遊1.7 Mb大片段DNA的位置顛倒（染色體倒位）是導致桃扁平果形成的遺傳基礎（下圖）。對727個桃品種進行基因分型，結果表明這種大片段的染色體倒位現象只出現在蟠桃中，但未在圓桃中發現。倒位的近端斷點和遠端斷點分別包含三個鹼基的缺失和兩個鹼基的插入，這暗示該染色體倒位是染色體雙鏈斷裂後經非同源末端連接（NHEJ）途徑形成的錯誤連接。倒位近端斷點上遊3.1 Kb處有一個編碼卵形家族蛋白基因PpOFP1，該基因在桃果實發育早期高水平表達會抑制果實的垂直伸長，導致扁平果形的形成，反之，低水平或不表達則形成圓形果。除PpOFP1外，促進果實伸長的PpTRM17等基因可能也參與桃果形發育形成一個基因調控網絡。此外，對桃野生近緣種S位點進行基因分型發現，染色體倒位現象只存在於新疆桃，但未在光核桃、甘肅桃和山桃等野生資源中發現，該結果不僅證實了蟠桃起源於中國，而且為「新疆是栽培桃馴化起源地」這一推論提供了證據。

研究成果以「A 1.7-Mb chromosomal inversion downstream of a PpOFP1 gene is responsible for flat fruit shape in peach」為題發表於Plant Biotechnology Journal，該研究既對認知果樹突變性狀的形成具有理論意義，又為桃等果樹的果形改良提供了工具。

論文連接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.13455

導致蟠桃扁果性狀形成的染色體到位示意圖

Genome Biology|中國農科院王力榮團隊構建桃樹完整的基因結構變異圖譜，並發現了控制26個農藝性狀的重要候選基因

來源： 植小白 eplants

2020年10月6日，Genome Biology 在線發表了中國農科院鄭州果樹研究所王力榮研究員與國外合作的題為An integrated peach genome structural variation map uncovers genes associated with fruit traits 的研究論文。該研究提供了336個桃基因組的202,273個基因組結構變異SVS的整合圖譜。整合後的桃SV圖譜和已確定的候選基因和變異體為今後桃基因組研究和育種提供了有價值的資源。

結構變異(structural variations,SV)廣泛存在於基因組中，包括插入/缺失(Indels)、複製、倒置和易位。在人類中，結構變異為鑑定參與重要生物過程的基因提供了廣泛的遺傳變異來源。在許多植物中，SV已被報導調節諸如番茄的果實形狀、大豆的線蟲抗性、黃瓜)的生殖形態、柑橘的無性繁殖和桃的果實質地等農藝性狀。最近下一代測序技術的快速發展促進了大規模作物群體中SV的全基因組檢測。

儘管SV是桃遺傳多樣性的重要來源，但其對基因和農藝性狀的影響在很大程度上仍不清楚。到目前為止，很少有研究集中於桃SV的全基因組檢測，利用GWAS對SV與特定表型之間的關係的研究尚未見報導。

在這項研究中，來自世界各地的336份桃材料進行重新測序，從而評估整個桃基因組的SV景觀，得到了一個包含202,273個變異的完整SV圖譜。在桃的馴化和改良過程中，已經選擇了大量的SV，它們共同影響著2268個基因。

桃的種系發育和結構變異

作者分析了在桃的馴化和改良過程中SV對基因組的可能影響，發現桃中幾乎所有的基因都受到SV的影響，極少數未受影響的基因幾乎都參與了核心生物學過程。使用SV的GWAS方法比使用SNPs的GWAS方法更有效地識別候選基因和因果變異，並且基於生成的SV數據集，作者對26個桃的農藝性狀進行了GWAS。

比如，PpMYB10.1的功能是控制果核周圍的肉色；Prupe.4G186800 中編碼NAC轉錄因子的9bp插入與果實早熟有關；PpOFP1調節果實扁平形狀的形成，且果形候選基因PpOFP1在轉基因番茄中得到驗證，其在番茄中的異源表達導致果實扁平。

桃樹SVS的功能影響及分布

過表達桃PpOFP1基因的Micro-Tom番茄品系的表型

綜上，該研究提供了一個桃完整SV圖譜，為今後桃等植物的基因組研究提供了有價值的資源。此外，26個農藝性狀的顯著候選基因為桃的遺傳改良提供了有價值的候選材料，將有利於桃產業的發展。