北京時間2025年3月5日，《自然·遺傳學(xué)》（Nature Genetics）雜志在線發(fā)表了華中農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝林學(xué)學(xué)院、果蔬園藝作物種質(zhì)創(chuàng)新與利用全國重點(diǎn)實驗室徐強(qiáng)教授團(tuán)隊的研究成果“Origin and de novo domestication of sweet orange”（《甜橙起源與從頭馴化》）。該研究利用全基因組信息精細(xì)解析了甜橙的起源模型，同時建立柑橘快速從頭馴化的分子育種途徑，為多年生果樹的快速育種提供案例；鑒定了調(diào)控柑橘品質(zhì)與抗性形成的關(guān)鍵代謝物，闡明通過組織特異性實現(xiàn)果實品質(zhì)與抗性的協(xié)同改良策略，為快速馴化獲得兼顧優(yōu)質(zhì)和重大病害抗性的新種質(zhì)提供了重要理論依據(jù)。
甜橙（Citrus sinensis），作為世界上栽培面積最廣、產(chǎn)量最高的柑橘品種之一，以其甜美多汁的口感和豐富的營養(yǎng)價值深受消費(fèi)者喜愛，廣泛應(yīng)用于鮮食和果汁加工等領(lǐng)域。然而，甜橙的起源一直存在爭議，甜橙被認(rèn)為來源于橘（C. reticulata）和柚（C. maxima）兩個物種的種間雜交，但具體是如何起源的并不明晰。本課題組前期在我國南方發(fā)現(xiàn)了栽培甜橙馴化前的原型——高酸的甜橙，根據(jù)基因組分析推測甜橙起源于我國南方（發(fā)表于Nature Plants 2021）。
為了進(jìn)一步明確甜橙是如何起源的，該研究首先系統(tǒng)收集了高酸甜橙周圍的柑橘地方和野生資源，集并測序了118個野生和地方品種、76個栽培品種和32個雜交材料，組裝了甜橙和酸橙的端粒到端粒分型基因組和四個相關(guān)柑橘品種的染色體水平高質(zhì)量基因組。基于高分辨率的基因組分析精細(xì)推斷了野生-栽培柑橘的親緣關(guān)系，明確甜橙來源于酸橙（野生柑橘）×椪柑（現(xiàn)代栽培柑橘），為解決甜橙起源的長期爭議問題提供了豐富的種質(zhì)資源和遺傳證據(jù)。
受制于無融合生殖以及大多采用嫁接進(jìn)行無性繁殖的手段，甜橙在馴化過程中主要依賴于體細(xì)胞變異（芽變）產(chǎn)生了不同果實顏色、風(fēng)味、大小、成熟期等200多個栽培品種。然而甜橙無性系變異群體的遺傳多樣性非常低，99.99%序列一致，導(dǎo)致其對環(huán)境特別是重大病害敏感。如何精準(zhǔn)、高效以及快速獲得重大病害的抗性，對于柑橘產(chǎn)業(yè)綠色高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義。
研究從源頭開始，模擬甜橙起源的過程開展從頭馴化工作，首先通過有性過程極大豐富遺傳多樣性，再通過無融合生殖及嫁接手段固定優(yōu)良基因型，從而建立了柑橘快速從頭馴化的分子育種途徑。第一步，搭建多組學(xué)設(shè)計育種平臺，構(gòu)建分子育種體系所需要的從基因型到表型的規(guī)?；瘮?shù)據(jù)。第二步，核心種質(zhì)的發(fā)掘與鑒定，開展大范圍野生資源與栽培柑橘資源的抗性與品質(zhì)等性狀評價。第三步，基于高精度的基因組分析構(gòu)建野生柑橘資源與栽培品種的系譜關(guān)系數(shù)據(jù)庫，為野生資源的有效利用和其他重要柑橘品種的改良提供重要支撐。第四步，選配符合育種目標(biāo)的親本進(jìn)行雜交授粉，利用高度雜合與無融合生殖的特點(diǎn)獲得多樣性并快速固定。第五步，開發(fā)柑橘20K液相育種芯片（專利號：ZL202311479129.0）等高效育種技術(shù)提升育種效率，實現(xiàn)低成本、高通量的基因分型與苗期性狀預(yù)測與篩選。第六步，利用抗性代謝物的組織特異性聚合抗性與優(yōu)質(zhì)，獲得優(yōu)質(zhì)高抗的柑橘新品系，采取高位嫁接、加速生長等手段提早開花結(jié)果，縮短育種周期。
潰瘍病是威脅柑橘產(chǎn)業(yè)最嚴(yán)重的毀滅性病害之一，現(xiàn)代栽培柑橘品種大多易感潰瘍病，迫切需要抗?jié)儾∑贩N來應(yīng)對成本增加、食品安全和生態(tài)問題的挑戰(zhàn)。該研究首先篩選了抗?jié)儾〉囊吧涕儋Y源，篩選鑒定了對潰瘍病菌具有顯著抑菌活性的植物源代謝物；運(yùn)用從頭馴化分子育種途徑，培育了風(fēng)味多樣、具有潰瘍病抗性的甜橙與其他雜種新品系，申請植物新品種權(quán)“華橘橙2號”和“華橘橙3號”，為柑橘育種改良提供高效精準(zhǔn)的手段。
該研究不僅明確了甜橙起源，通過基因組學(xué)手段結(jié)合雜交實驗證實了甜橙起源的模型，具有重要理論意義；同時基于對甜橙物種起源和馴化的認(rèn)識，研發(fā)了高效育種技術(shù)與從頭馴化分子育種途徑，取得了從基礎(chǔ)理論到育種應(yīng)用的重要進(jìn)展。下一步有望利用野生柑橘與現(xiàn)代栽培柑橘的系譜數(shù)據(jù)庫和野生柑橘的黃龍病與潰瘍病抗性，將野生柑橘資源的抗性、香味等優(yōu)異性狀引入到現(xiàn)代栽培柑橘中，加速甜橙、檸檬等現(xiàn)代栽培柑橘的育種改良，如培育耐黃龍病與抗?jié)儾〉奶鸪取?br>
中國工程院院士、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)鄧秀新教授參與指導(dǎo)本研究開展，我校園藝林學(xué)學(xué)院、果蔬園藝作物種質(zhì)創(chuàng)新與利用全國重點(diǎn)實驗室徐強(qiáng)教授為論文通訊作者，博士研究生劉勝軍、博士后徐遠(yuǎn)濤為論文并列第一作者。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所昝艷君老師、湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院陳鵬老師、西藏農(nóng)牧科學(xué)院曾秀麗老師以及華中農(nóng)業(yè)大學(xué)王霞、張飛、柴利軍、丁芳、焦文標(biāo)等多位老師參與完成了該研究。該研究受到國家自然科學(xué)基金杰出青年基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、湖北洪山實驗室基金、湖北省重點(diǎn)研發(fā)計劃、湖北省水果產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系以及國家博士后創(chuàng)新人才支持計劃等項目的資助。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41588-025-02122-4
日期：2025-03-06
甜橙（Citrus sinensis），作為世界上栽培面積最廣、產(chǎn)量最高的柑橘品種之一，以其甜美多汁的口感和豐富的營養(yǎng)價值深受消費(fèi)者喜愛，廣泛應(yīng)用于鮮食和果汁加工等領(lǐng)域。然而，甜橙的起源一直存在爭議，甜橙被認(rèn)為來源于橘（C. reticulata）和柚（C. maxima）兩個物種的種間雜交，但具體是如何起源的并不明晰。本課題組前期在我國南方發(fā)現(xiàn)了栽培甜橙馴化前的原型——高酸的甜橙，根據(jù)基因組分析推測甜橙起源于我國南方（發(fā)表于Nature Plants 2021）。
為了進(jìn)一步明確甜橙是如何起源的，該研究首先系統(tǒng)收集了高酸甜橙周圍的柑橘地方和野生資源，集并測序了118個野生和地方品種、76個栽培品種和32個雜交材料，組裝了甜橙和酸橙的端粒到端粒分型基因組和四個相關(guān)柑橘品種的染色體水平高質(zhì)量基因組。基于高分辨率的基因組分析精細(xì)推斷了野生-栽培柑橘的親緣關(guān)系，明確甜橙來源于酸橙（野生柑橘）×椪柑（現(xiàn)代栽培柑橘），為解決甜橙起源的長期爭議問題提供了豐富的種質(zhì)資源和遺傳證據(jù)。
受制于無融合生殖以及大多采用嫁接進(jìn)行無性繁殖的手段，甜橙在馴化過程中主要依賴于體細(xì)胞變異（芽變）產(chǎn)生了不同果實顏色、風(fēng)味、大小、成熟期等200多個栽培品種。然而甜橙無性系變異群體的遺傳多樣性非常低，99.99%序列一致，導(dǎo)致其對環(huán)境特別是重大病害敏感。如何精準(zhǔn)、高效以及快速獲得重大病害的抗性，對于柑橘產(chǎn)業(yè)綠色高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義。
研究從源頭開始，模擬甜橙起源的過程開展從頭馴化工作，首先通過有性過程極大豐富遺傳多樣性，再通過無融合生殖及嫁接手段固定優(yōu)良基因型，從而建立了柑橘快速從頭馴化的分子育種途徑。第一步，搭建多組學(xué)設(shè)計育種平臺，構(gòu)建分子育種體系所需要的從基因型到表型的規(guī)?；瘮?shù)據(jù)。第二步，核心種質(zhì)的發(fā)掘與鑒定，開展大范圍野生資源與栽培柑橘資源的抗性與品質(zhì)等性狀評價。第三步，基于高精度的基因組分析構(gòu)建野生柑橘資源與栽培品種的系譜關(guān)系數(shù)據(jù)庫，為野生資源的有效利用和其他重要柑橘品種的改良提供重要支撐。第四步，選配符合育種目標(biāo)的親本進(jìn)行雜交授粉，利用高度雜合與無融合生殖的特點(diǎn)獲得多樣性并快速固定。第五步，開發(fā)柑橘20K液相育種芯片（專利號：ZL202311479129.0）等高效育種技術(shù)提升育種效率，實現(xiàn)低成本、高通量的基因分型與苗期性狀預(yù)測與篩選。第六步，利用抗性代謝物的組織特異性聚合抗性與優(yōu)質(zhì)，獲得優(yōu)質(zhì)高抗的柑橘新品系，采取高位嫁接、加速生長等手段提早開花結(jié)果，縮短育種周期。
潰瘍病是威脅柑橘產(chǎn)業(yè)最嚴(yán)重的毀滅性病害之一，現(xiàn)代栽培柑橘品種大多易感潰瘍病，迫切需要抗?jié)儾∑贩N來應(yīng)對成本增加、食品安全和生態(tài)問題的挑戰(zhàn)。該研究首先篩選了抗?jié)儾〉囊吧涕儋Y源，篩選鑒定了對潰瘍病菌具有顯著抑菌活性的植物源代謝物；運(yùn)用從頭馴化分子育種途徑，培育了風(fēng)味多樣、具有潰瘍病抗性的甜橙與其他雜種新品系，申請植物新品種權(quán)“華橘橙2號”和“華橘橙3號”，為柑橘育種改良提供高效精準(zhǔn)的手段。
該研究不僅明確了甜橙起源，通過基因組學(xué)手段結(jié)合雜交實驗證實了甜橙起源的模型，具有重要理論意義；同時基于對甜橙物種起源和馴化的認(rèn)識，研發(fā)了高效育種技術(shù)與從頭馴化分子育種途徑，取得了從基礎(chǔ)理論到育種應(yīng)用的重要進(jìn)展。下一步有望利用野生柑橘與現(xiàn)代栽培柑橘的系譜數(shù)據(jù)庫和野生柑橘的黃龍病與潰瘍病抗性，將野生柑橘資源的抗性、香味等優(yōu)異性狀引入到現(xiàn)代栽培柑橘中，加速甜橙、檸檬等現(xiàn)代栽培柑橘的育種改良，如培育耐黃龍病與抗?jié)儾〉奶鸪取?br>
中國工程院院士、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)鄧秀新教授參與指導(dǎo)本研究開展，我校園藝林學(xué)學(xué)院、果蔬園藝作物種質(zhì)創(chuàng)新與利用全國重點(diǎn)實驗室徐強(qiáng)教授為論文通訊作者，博士研究生劉勝軍、博士后徐遠(yuǎn)濤為論文并列第一作者。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所昝艷君老師、湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院陳鵬老師、西藏農(nóng)牧科學(xué)院曾秀麗老師以及華中農(nóng)業(yè)大學(xué)王霞、張飛、柴利軍、丁芳、焦文標(biāo)等多位老師參與完成了該研究。該研究受到國家自然科學(xué)基金杰出青年基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、湖北洪山實驗室基金、湖北省重點(diǎn)研發(fā)計劃、湖北省水果產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系以及國家博士后創(chuàng)新人才支持計劃等項目的資助。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41588-025-02122-4
日期：2025-03-06
