2月26日，濰坊現(xiàn)代農(nóng)業(yè)山東省實(shí)驗(yàn)室、北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究院葉文秀研究員和郭立研究員團(tuán)隊(duì)，在國際頂尖期刊《自然-遺傳學(xué)（Nature Genetics）》上在線發(fā)表了一項(xiàng)題為《Super pangenome of Vitis empowers identification of downy mildew resistance genes for grapevine improvement》的研究成果。這一成果在葡萄科研領(lǐng)域具有里程碑式的重大意義。
據(jù)悉，研究團(tuán)隊(duì)首次繪制了涵蓋歐亞、北美和東亞三大葡萄屬世界種群的72個(gè)葡萄種質(zhì)材料的單倍型超級(jí)泛基因組圖譜，揭示了葡萄屬豐富的遺傳多樣性和復(fù)雜的雜交歷史�；谄咸讯嘟M學(xué)數(shù)據(jù)，研究團(tuán)隊(duì)成功挖掘到葡萄霜霉病抗性相關(guān)遺傳變異和抗病基因，加速葡萄精準(zhǔn)分子育種，開啟葡萄種質(zhì)創(chuàng)新和利用新時(shí)代。
葡萄在全球范圍種植廣泛，屬于葡萄科葡萄屬植物，該屬包括兩個(gè)亞屬，麝香葡萄亞屬和真葡萄亞屬，共計(jì)70余個(gè)種；根據(jù)地理分布可將其分為三大類群，歐亞種群、北美種群和東亞種群。
作為馴化的古老作物之一，葡萄經(jīng)歷了漫長的持續(xù)馴化和多年的育種改良。這一過程雖然培育出了眾多現(xiàn)代葡萄品種，但同時(shí)也導(dǎo)致了其遺傳多樣性的縮小和抗性基因的丟失，使得現(xiàn)代葡萄品種容易受到病蟲侵害、逆境等不利條件的影響。近年來，隨著北美葡萄泛基因組和歐洲葡萄泛基因組的相繼發(fā)布，野生葡萄因其豐富的遺傳多樣性和強(qiáng)大的抗性基因而再次成為研究焦點(diǎn)。然而，盡管有這些進(jìn)展，但以大群體染色體級(jí)基因組組裝為基礎(chǔ)，涵蓋主要品種（特別是包含東亞野生種葡萄）的屬級(jí)泛基因組一直未見報(bào)道。因此，構(gòu)建一個(gè)涵蓋整個(gè)葡萄屬的泛基因組，將成為了解葡萄遺傳多樣性、開展功能基因組學(xué)研究、識(shí)別隱性遺傳特性以及葡萄精準(zhǔn)改良的關(guān)鍵資源。
在這項(xiàng)研究中，科學(xué)家們對(duì)591個(gè)葡萄材料進(jìn)行了群體基因組分析，并選取了72個(gè)代表性材料進(jìn)行染色體水平的單倍型基因組組裝。這些高質(zhì)量的基因組序列為葡萄遺傳育種研究提供了強(qiáng)有力的資源支持。
值得注意的是，科學(xué)家們首次構(gòu)建了單倍型系統(tǒng)發(fā)育進(jìn)化樹，揭示了葡萄屬植物復(fù)雜的育種歷史和豐富的遺傳多樣性。研究發(fā)現(xiàn)，北美和歐洲葡萄品種內(nèi)部雜交較多，而東亞品種內(nèi)部雜交較少，跨大洲雜交事件也有限。這表明東亞葡萄具有潛在的巨大育種價(jià)值，其遺傳多樣性尚未被充分開發(fā)。
此外，研究還分析了72份葡萄材料的泛基因組基因家族，發(fā)現(xiàn)了超過6.4萬個(gè)基因家族，并系統(tǒng)分析了免疫受體蛋白基因家族NLR。結(jié)合抗病數(shù)據(jù)，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)TIR-NBARC-LRR家族的NLR基因在抗�。ㄒ吧咸眩┖透胁∑咸眩ㄔ耘嗥咸眩┲写嬖陲@著數(shù)量差異，可能是葡萄抗霜霉病表型差異的重要因素之一。該超級(jí)泛基因組分析為研究葡萄屬的遺傳多樣性、進(jìn)化歷史及功能基因挖掘提供了全面的基因組基礎(chǔ)。
為了挖掘與抗性及資源利用效率等重要性狀相關(guān)的功能基因，科學(xué)家們還繪制了目前最完整的葡萄基因組遺傳結(jié)構(gòu)變異（SV) 圖譜�？茖W(xué)家們還構(gòu)建了第一個(gè)涵蓋歐、亞、美三大種群的圖形泛基因組，本研究構(gòu)建的葡萄屬超級(jí)泛基因組不僅加深了對(duì)葡萄生物進(jìn)化和育種改良的理解，也為精準(zhǔn)改良葡萄抗病性和多樣性提供了重要的科學(xué)基礎(chǔ)。
據(jù)介紹，濰坊現(xiàn)代農(nóng)業(yè)山東省實(shí)驗(yàn)室、北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究院葉文秀和郭立團(tuán)隊(duì)的這項(xiàng)研究，提供了迄今最全面的葡萄屬基因組資源，有助于全面解析葡萄基因組的復(fù)雜性和多樣性，從而高效發(fā)掘并利用葡萄特別是野生葡萄種中的優(yōu)異基因。該研究結(jié)合葡萄屬超級(jí)泛基因組、群體轉(zhuǎn)錄組學(xué)和表型組學(xué)，對(duì)葡萄屬遺傳多樣性和重要農(nóng)藝性狀形成機(jī)制的深入探索，為未來培育超級(jí)葡萄提供了理論基礎(chǔ)和新的思路，標(biāo)志著葡萄基因組研究邁進(jìn)新的階段，也必將加速推動(dòng)我國葡萄種質(zhì)創(chuàng)新和葡萄產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。
濰坊現(xiàn)代農(nóng)業(yè)山東省實(shí)驗(yàn)室、北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究院
濰坊市葡葡萄種質(zhì)創(chuàng)新與利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室介紹
北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究院濰坊市葡葡萄種質(zhì)創(chuàng)新與利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室致力于葡萄基因組學(xué)與功能基因組學(xué)、種質(zhì)創(chuàng)新與采后利用研究�，F(xiàn)有科研人員70余人，其中省級(jí)以上人才4人，正高級(jí)研究員3人，博士15人。實(shí)驗(yàn)室科研實(shí)力雄厚，自成立以來，發(fā)布了首個(gè)葡萄端粒完整的T2T單倍型基因組和葡萄屬超級(jí)泛基因組，詳細(xì)解析了葡萄氣孔免疫病害機(jī)理，鑒定到多個(gè)葡萄霜霉病抗性及水分利用調(diào)控關(guān)鍵基因，搭建了葡萄抗病設(shè)計(jì)育種平臺(tái)，培育了“紫秀一號(hào)”抗霜霉病新品種。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)室積極服務(wù)產(chǎn)業(yè)，出版了國內(nèi)第一本系統(tǒng)介紹葡萄酒莊規(guī)劃建設(shè)的專業(yè)書籍《葡萄酒莊規(guī)劃建設(shè)與釀酒葡萄管理》，研制了符合中國人口感的系列葡萄酒“北大紅”；基于氣孔免疫理論，實(shí)驗(yàn)室與合作企業(yè)安徽原植生物科技有限公司成功研制了用于控制霜霉病的高效產(chǎn)品“原植無雙”，并實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，形成了葡萄病害防控的新質(zhì)生產(chǎn)力，助力了葡萄產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。
