甜橙芽變（體細胞變異）群體的表型,。徐強供圖

　　記者 李晨

　　冰糖橙,、錦橙,、甜橙、血橙,、夏橙……這些酸甜度不同的橙子在植物分類學(xué)中都屬于甜橙,。世界上甜橙的基因組背景完全一致，風(fēng)味多樣的品種主要來源于體細胞變異,。

　　近日,，《自然—植物》在線發(fā)表了華中農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝林學(xué)學(xué)院教授徐強課題組構(gòu)建的高質(zhì)量甜橙參考基因組。他們首次闡明了甜橙體細胞變異的基因組基礎(chǔ),，為芽變機制提供了理論支撐,，同時也為果實風(fēng)味育種提供了基因資源。

　　果實品質(zhì)是甜橙選育的主要因素

　　論文通訊作者徐強介紹,，我國是世界上柑橘屬植物的起源演化中心之一,，擁有豐富的種質(zhì)資源。大部分低酸芽變材料分布在亞洲地區(qū),。甜橙在歷史上數(shù)次從中國經(jīng)過海上絲綢之路,、陸地茶馬古道等向外傳播。

　　“果實風(fēng)味是鮮食水果品系市場價值的重要因素,，而野生柑橘資源或原始材料大多是高酸材料,。”徐強說,，近現(xiàn)代的果樹芽變育種主要關(guān)注果實中檸檬酸的變異,，柑橘馴化過程中主要是降低了檸檬酸含量而改良了口感。

　　論文第一作者,、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝林學(xué)學(xué)院的王淪說,，經(jīng)過長期栽培和選育，柑橘有豐富的品種資源和變異類型,，柑橘新品種也不斷涌現(xiàn),。例如，地中海地區(qū)選育的柑橘品種大部分是中等酸度的品種,。

　　研究發(fā)現(xiàn),，基因組中造成甜橙芽變品種果實檸檬酸降低的遺傳因子主要是由轉(zhuǎn)座子引起?！巴ㄟ^研究大規(guī)模的體細胞芽變品系與低酸的關(guān)聯(lián),，可以為培育低酸的柑橘品種提供新思路?！毙鞆娬f,。

　　影響甜橙風(fēng)味的體細胞變異

　　徐強介紹，大多數(shù)果樹是無性繁殖的，無性繁殖能夠固定雜交優(yōu)勢,，迅速擴大群體,，因而,，基于體細胞變異的芽變育種就成為果樹重要的育種途徑,。據(jù)統(tǒng)計，甜橙所屬的柑橘家族60%的品種來源于芽變育種,，而80%的甜橙品種來源于芽變育種,。

　　甜橙在全世界114個國家栽培，絕大多數(shù)品種來源于體細胞變異,?！巴瑫r，由于甜橙具有無融合生殖的特點,，自然條件下進行嚴格的無性繁殖,，所以成為了體細胞變異研究的模式物種?！毙鞆娬f,。

　　王淪解釋說，真核生物每次細胞分裂,，遺傳物質(zhì)DNA復(fù)制和修復(fù)過程中有一定概率產(chǎn)生突變,。除了生殖細胞，體細胞數(shù)量龐大,，也會產(chǎn)生變異,。在人類疾病中，體細胞變異累積與癌癥發(fā)生密切相關(guān),。在植物中,，體細胞變異可以傳遞給下一代，然而人們對植物體細胞變異認知較少,。盡管如此,，在果樹育種中，體細胞變異被廣泛用于芽變選種,。

　　王淪表示,，體細胞突變使得果實形態(tài)、顏色,、酸度,、成熟期，花器官的育性,、花期變化,，樹體結(jié)構(gòu)等方面表現(xiàn)出豐富多樣的表型。

　　檸檬酸是柑橘果實風(fēng)味的關(guān)鍵因子，該團隊前期研究發(fā)現(xiàn),，糖酸比是柑橘果實風(fēng)味的決定因子,。

　　論文并列第一作者、博士生劉子昂介紹,，收集到的114個甜橙芽變材料的果實檸檬酸含量變化十分顯著,，如我國湖南南部收集到的自然高酸甜橙，其果實的酸含量接近于檸檬,，而無酸甜橙的檸檬酸含量接近0,。

　　“尋找體細胞變異是研究芽變機制的重要方式?！毙鞆娬f,，但是，高精度的體細胞變異檢測難度很高,，這為研究無性繁殖群體的群體演化帶來了困難,。

　　徐強認為，對于植物,，覆蓋全基因組的體細胞變異檢測和位置精準預(yù)測是打開芽變研究的“金鑰匙”,，可揭示各種重要芽變的“真面目”。

　　如何提高變異位點的預(yù)測精度

　　“甜橙為橘柚雜交后代,，基因組高度雜合,。高質(zhì)量基因組可以促進高質(zhì)量體細胞變異的檢測?！毙鞆姼嬖V《中國科學(xué)報》,，為解析甜橙體細胞變異的遺傳基礎(chǔ)，挖掘影響果實酸味的關(guān)鍵基因,，他們采用了芽變?nèi)后w結(jié)合基因組學(xué)的策略,，提高了體細胞變異位點的預(yù)測精準度。

　　首先,，該團隊建立了高質(zhì)量的甜橙參考基因組,，將組裝的序列掛載到甜橙的9條染色體上，平均每條染色體僅包含3個缺失,。他們共鑒定出29875個基因,。“該基因組為目前柑橘屬最好的基因組,，其質(zhì)量在所有果樹基因組中位居前列,。”論文并列第一作者黃躍說,。

　　他們還完成了5個甜橙芽變系的基因組,，通過基因組比較，發(fā)現(xiàn)芽變系之間存在大片段的結(jié)構(gòu)變異，并進一步鑒定到877個轉(zhuǎn)座子跳躍事件,。這些轉(zhuǎn)座子在低酸和無酸的突變體中插入到相關(guān)基因中,，從而影響了果實的pH值及檸檬酸含量。

　　其次,，他們收集到114個甜橙芽變?nèi)后w,。“數(shù)量豐富,，覆蓋國內(nèi)外各種芽變資源,，對芽變研究具有足夠的代表性?！闭撐淖髡摺⑽髂洗髮W(xué)柑橘研究所研究員江東說,，這些品種包括我國南方栽培歷史悠久的地方品種,、來源于地中海沿岸以及美洲的栽培品種。

　　通過分析和鑒定,，該團隊確定了這些芽變材料為嚴格的克隆材料,。“背景相似度高達99.99%,，沒有發(fā)生雜交事件,，沒有染色體重組，基因組之間的差異僅僅來源于體細胞變異,?！蓖鯗S說。

　　接著,，他們開發(fā)了適合甜橙芽變?nèi)后w的大數(shù)據(jù)分析方案,。王淪介紹，他們將114個甜橙材料隨機分成4組,。通過構(gòu)建群體比較模型,，精細挑選了體細胞變異在基因組中的信號，基于統(tǒng)計分析的顯著性篩選高質(zhì)量的候選變異,，將變異信號范圍縮小,。

　　最后，基于以上結(jié)果設(shè)計PCR實驗驗證了轉(zhuǎn)座子在芽變品種中的多態(tài)性,?！敖Y(jié)果表明驗證率達87%以上，一步一步將預(yù)測結(jié)果變?yōu)閷嶋H可用的數(shù)據(jù),?！毙鞆娬f，這些數(shù)據(jù)將成為甜橙群體研究的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為研究甜橙克隆進化規(guī)律,、芽變機制,，無性繁殖作物育種等提供可靠的數(shù)據(jù)庫。

　　同時,，他們的研究結(jié)論也支撐甜橙在歷史上的傳播路線,，并在地中海品種和美洲品種中檢測到了更多的體細胞變異。