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11000年前葡萄就已经被驯化

  ◎本报记者 赵汉斌

  作为水果和酿酒原料,葡萄始终与人类文明相伴而行。但葡萄何时起源、驯化以及如何传播,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,发表在3月3日的《科学》期刊上。这是联合了17个国家的78位科学家开展的大型国际合作项目,云南农业大学教授董扬等为第一作者,云南农业大学副教授陈玮、教授盛军等为通讯作者;此外,云南农业大学博士朱怡凡等年轻科学家也参与其中。

  该期《科学》还同步刊发了题为《葡萄的两次驯化》的评论文章,对这项研究进行了介绍,并给予高度评价。

  葡萄改良呼唤大规模基因组遗传变异数据

  “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。

  学术界在葡萄的起源问题上一直存在争议,2019年董扬团队提出泛黑海起源理论,并且推测栽培葡萄起源时间约为7500年前,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者的强烈兴趣。

  “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,云南农业大学联合全球多个国家的70多位科学家,展开了共同攻关研究。”盛军介绍,在董扬团队牵头下,研究人员迅速汇集全球约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,解析了4000多份葡萄遗传资源的基因组多样性信息,开发了大量的数据分析方法。

  “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,厘清了学术界的多个争议,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,研究贯穿了葡萄人工选育—改良的整个过程。”陈玮说。

  跨国研究解决了一系列重要科学问题

  “研究中,我们解决了一系列重要科学问题。”董扬说,“我们首先阐明了栽培葡萄起源的时间大约在11000年前,表明葡萄是世界上最早被驯化的水果;同时,揭示栽培葡萄驯化中心有两个,为‘双起源中心’模式,纠正了科学界以前的‘单起源中心’理论。研究还证明酿酒葡萄和鲜食葡萄在不同区域同时起源,且起源初期遗传背景具有显著差异,解决了学术界在鲜食葡萄和酿酒葡萄起源问题上长达数百年的争议。”

  此外,研究团队还构建了覆盖所有栽培葡萄遗传资源的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。

  此前,盛军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,研究论文于2019年发表在《自然·通讯》;随后,研究团队构建了全球首个葡萄多组学综合数据库,这也是我国首个葡萄遗传资源的原创性数据库,为这种“一带一路”典型作物的协同研究提供了重要工具,相关研究论文于2020年发表在《分子植物》。

  “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,该研究为开展‘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。

  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进行全面解析;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。

(责任编辑:欧云海)

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