科学封面!云南农大联合78位科学家牵头揭示葡萄起源驯化之谜
作为水果和酿酒原料
葡萄 始终伴随人类文明的
进步与文化传播
但葡萄的起源、驯化
以及如何在世界范围传播?
一直是困扰世界科学家的问题
近年来,云南农业大学在葡萄栽培技术、病虫害防治、遗传资源等研究领域聚焦攻关,再次取得重大突破, 相关研究成果以《葡萄演化中的双重驯化和性状起源》为题,于当地时间3月2日发表在《科学》期刊上。 这是联合了17个国家的78位科学家合作开展的大型国际合作项目,云南农业大学董扬教授等为第一作者,陈伟、盛军等为通讯作者,此外云南农业大学朱怡凡等年轻科学家也参与其中。
3月2日出版的《科学》封面
该期《科学》还同步刊发了题为《葡萄的两次驯化》的评论文章,对这项研究进行介绍,并给予了高度评价。
"葡萄是一种重要的水果,是全球综合产值最大的经济作物之一,具有重要的经济、社会和文化价值,研究历史悠久。"董扬向科技日报记者介绍,葡萄属植物还有约60种可生育的野生种。在世界温带地区的原生栖息地,野生葡萄品种在北美约有28种,在东亚约有30种。尽管葡萄栽培在人类历史中具有重要的文化内涵和经济价值,但大规模基因组遗传变异数据缺乏,导致无法 解析其驯化传播历史,也严重阻碍了葡萄的性状改良。
据悉,学术界中对葡萄的起源一直存在争议,2019年董扬教授团队提出泛黑海起源理论,并且推测栽培葡萄起源时间为7500年前左右,并发现了多个葡萄优良性状的控制基因。相关成果引起了国外葡萄研究工作者的强烈兴趣。
论文截图
"在云南省科技厅、云南农业大学、云南生物资源保护与利用国家重点实验室、云南省生物大数据重点实验室支持下,云南农业大学牵头联合全球多个国家的70多位科学家,展开了共同攻关研究。"论文通讯作者、云南农业大学教授盛军介绍,在董扬教授团队牵头下,迅速汇集全球约5000份葡萄遗传资源,在疫情期间坚持工作,完成了迄今为止植物领域最大的基因组分析工作,绘制了栽培葡萄野生种的参考基因组、解析4000多份葡萄遗传资源的基因组多样性信息,开发了大量数据分析方法。
"经过3年时间,研究团队全面解析了葡萄的起源、驯化和传播问题,纠正了葡萄学术界存在多个争议,形成了葡萄起源和迁徙的一致观点,改写了葡萄研究的教科书,构建了可供葡萄育种的基因组、表型大数据体系,贯穿了葡萄人工选育-改良的整个过程的研究。"论文通讯作者、云南农业大学副教授陈伟说。
栽培葡萄起源、驯化,扩散的全景图。
" 此项研究中,我们揭示了一系列重要科学问题。"董扬说,首先阐明了栽培葡萄起源的时间大约在距今11000年前,表明葡萄是世界最早驯化的水果;同时,揭示栽培葡萄驯化中心有两个,为"葡萄双起源中心"模式,纠正了科学界以前的单起源中心理论。
此外,研究还证明酿酒葡萄和鲜食葡萄在不同区域同时起源,并且起源初期遗传背景具有显著差异,解决了学术界对鲜食葡萄和酿酒葡萄起源长达数百年的争议;构建了覆盖所有栽培葡萄遗传资源高精度亲缘关系谱系图,为葡萄品种的分子设计和精准育种提供了科学依据;发现了大量的葡萄人工驯化性状控制基因,找到了酿酒葡萄和鲜食葡萄人工驯化的特征基因,为葡萄功能基因组学研究和育种提供了遗传素材;结合人类活动、历史气候变迁等因素,绘制了葡萄起源和人工驯化、改良的全景图。
20年来,云南农业大学科研团队持续深入种植第一线,服务10万果农和80万亩葡萄产业。图为位于海拔2135米的澜沧江干热河谷区德钦县云岭乡布村葡萄种植试验示范点。
此前,云南农业大学盛军教授和董扬教授团队通过分析472个葡萄资源、绘制了48个葡萄属物种的进化图谱,解析了葡萄历史种群大小变化的特征,研究成果发表于2019年3月13日的《自然·通讯》;随后,构建了全球首个葡萄多组学综合数据库,这也是我国葡萄遗传资源的首个原创性数据库,为这种"一带一路"典型作物的协同研究提供了重要工具,相关研究成果发表于2020年8月3日的《分子植物》期刊。
云南农业大学参与解决了多雨地区葡萄生产技术瓶颈,为云南建成我国早熟鲜食葡萄主产区提供关键技术支撑。葡萄种植面积从2006年的10万亩,增加到2016年的68万亩,产值达140亿元。
"葡萄是重要的经济作物,同时也是东西方文化融合发展的象征。通过国际化联合攻关,为开展‘一带一路’沿线国际科学研究合作提供了案例,也为我国生物多样性研究提供了新的范本。"董扬说。
据悉,基于这些数据,云南农业大学葡萄研究团队正推进后续工作,通过泛基因组技术对葡萄的经济性状控制基因全面解析;通过进化与功能组学研究,挖掘葡萄重要经济性状控制的优势基因;通过古DNA测序技术,深挖葡萄在驯化后改良、传播扩散的问题;通过开发葡萄育种芯片和建立葡萄基因组,助力育种技术创新等工作,并形成一系列重要科研和应用成果。
撰文: 赵汉斌
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