白桑品種「湖桑32」的染色體和基因組組裝（14條染色體） 西北農林供圖
5月16日，《分子植物》在線發表桑樹物種分類、染色體組倍性鑑定和湖桑起源的最新研究成果。該研究由西北農林科技大學蠶桑絲綢研究所、動物科技學院和西南大學家蠶基因組生物學國家重點實驗室、蠶學與系統生物學研究所聯合完成。
繼西南大學獲得野生川桑基因組框架圖以來，這是桑樹學研究又一重大突破，為桑樹進化、性狀改良和功能基因研究提供了理論基礎，改變了桑樹基礎研究進展遲滯的局面，為解決生產瓶頸問題提供了理論依據。
桑樹栽培歷史已有5000餘年，古農書中多有記載。雖分為各種類型，但缺乏科學系統的物種分類。論文共同通訊作者、西北農林科技大學教授錢永華介紹，他們首次用基因組數據明確了栽培桑樹物種分類，認為白桑、魯桑、山桑和瑞穗桑都屬於一個物種，即白桑（Morus alba L）。
該研究針對目前桑樹分類存在的分歧，對國內132份栽培桑樹（除廣東桑外）進行了重測序，利用得到的14Mb SNP對廣東桑以外的其餘四種桑樹進行了聚類分析，未得到與形態分類相似的聚類結果，基因組數據支持《中國植物志》中將白桑、魯桑、山桑和瑞穗桑這4種栽培桑樹種合併的結論。
以白桑種為代表的栽培桑樹染色體倍性是一個廣泛爭議的問題。他們首次報導了栽培桑樹白桑「湖桑32」的參考基因組，並證實28條染色體的栽培桑樹屬於二倍體。
藉助基因組三代測序和Hi-C技術組裝到染色體級別的基因組，並利用物種內和物種間共線性分析發現，白桑只具有雙子葉植物共有的γ六倍化事件，並沒有發生新的全基因組加倍事件。
通過細胞學觀察發現，白桑在減數分裂過程中，28條染色體形成規則的14對二價體，花粉活性達到90%左右。這些證據表明，28條染色體的白桑屬於二倍體。
此外，通過進化分析推測，野生川桑和栽培桑樹分歧已經1000萬年。論文共同通訊作者、西北農林科技大學教授姜雨說，這為基因組時代多年生木本植物的倍性基礎研究提供了一個範例，利用基因組數據鑑定桑樹倍性的方法對多年生木本植物的倍性研究具有重要的借鑑價值。
該項研究還證實，分布於江浙地區的湖桑是經過長期的強烈人工選擇之後形成的一個獨特品種支系。湖桑是分布於杭嘉湖地區的優良栽培桑樹品種群體，對於南宋以來該地區蠶桑業的繁榮和區域經濟社會發展具有重要價值。古農史學研究對其起源進化關係長期存在爭議，一直缺乏實驗證據支持。
他們對中國和日本的134份桑樹品種的重測序分析表明，中國桑樹品種與日本桑樹品種遺傳距離較遠，湖桑品種群體與來自於北方和西南地區的桑樹品種具有明顯的分化距離。與其它品種相比遺傳多樣性顯著低下，具有明顯的人工選擇信號。
由此判斷，杭嘉湖地區的湖桑品種具有比較古老獨特起源，為一個獨特的品種支系。這與崧澤遺址的孢粉學研究和吳興錢山漾考古學證據可以相互印證。也與自宋代以來，蠶絲業生產重點產區轉移至杭嘉湖地區，選育出高產優質的湖桑品種的歷史相吻合。
據悉，白桑基因組數據已上傳至NCBI資料庫，登錄號分別為：基因組PRJNA597121、重測序PRJNA597170和轉錄組PRJNA597172。
相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.molp.2020.05.005
來源：中國科學報