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五葉草莓的白果。
新種“峨眉草莓”。 雷家軍供圖
野生草莓果實的色彩十分豐富，有紅色、粉色、白色和綠色等。近日，在發(fā)表于美國《國家科學院院刊》的一篇論文中，科研人員報告稱，他們對全世界草莓屬二倍體野生資源起源演化和泛基因組學進行了研究，不但找到了草莓的“祖先”，揭示了草莓屬的遺傳分化與演化動態(tài)，還發(fā)現(xiàn)了一個草莓新種“峨眉草莓”，并初步破解了草莓果實色彩豐富之謎。
專家表示，該研究為草莓的演化和資源利用提供了新見解，使草莓育種更加精準，從而讓大家有“口福”吃到顏值更高、口味更好的草莓。
尋找“祖先”：揭示分化與演化動態(tài)
中國是草莓野生資源最豐富的國家，全世界野生草莓有24個種，其中14個野生種分布在中國。
“我國有9個二倍體種、5個四倍體種，中國草莓屬植物的研究在種質(zhì)資源方面有著特殊優(yōu)勢。”論文共同通訊作者、沈陽農(nóng)業(yè)大學教授雷家軍在接受《中國科學報》采訪時表示。
從1988年開始，他便跟隨導師——中國草莓科學研究創(chuàng)始人鄧明琴，開展草莓屬植物種質(zhì)資源研究。通過30多年的努力，他們對全世界野生草莓種質(zhì)資源進行收集和保育，并在沈陽農(nóng)業(yè)大學建立了一個世界級的野生草莓種質(zhì)資源圃。
雷家軍介紹，該種質(zhì)資源圃共收集了野生草莓資源805份，分屬23個種，包括6種自然倍性。有的野生草莓的染色體數(shù)目是其他種的5倍，這意味著隨著植物的進化，它們獲得了額外的基因，可以為不尋常的新特性提供一個變異的“游樂場”。在他看來，倍性如此之多樣實屬罕見，因此草莓是一個很好的研究材料。
“我們對收集的10個物種的128份二倍體資源進行基因組重測序，可以了解資源的遺傳多樣性和演化歷史。”論文第一作者、云南大學副教授喬琴告訴《中國科學報》。
科研人員發(fā)現(xiàn)，西藏草莓有紅果和白果兩種類型，其紅白果之間的遺傳分化，竟然比有的種間差異還大，說明這兩種生態(tài)型可能在西藏高原地區(qū)快速分化，快要變成不同的物種了。另外他們發(fā)現(xiàn)，大部分的野生草莓在100萬年前的希夏邦馬冰期和7萬年前的最后一次冰期都有種群的縮減現(xiàn)象，明顯受到了冰期較冷氣候的影響。
“利用全世界不同地方野生草莓的幾千個基因序列，我們給草莓大家庭畫出了一張反映親緣關(guān)系的‘族譜’。”論文共同通訊作者、云南中醫(yī)藥大學研究員張體操接受《中國科學報》采訪時說。
“我們推測，草莓‘祖先’大概在800萬年前從東亞起源，當時正是印度板塊對歐亞板塊持續(xù)擠壓導致中國西南地區(qū)海拔快速抬升的時期。”喬琴表示，地理環(huán)境的改變往往導致新物種的產(chǎn)生，而草莓的“祖先”就誕生在這一時期。
發(fā)現(xiàn)新種：中國二倍體草莓增至10個
草莓是重要的薔薇科小漿果，被譽為“水果皇后”，全世界研究草莓的團隊非常多，但要發(fā)現(xiàn)一個新種極其困難。
“我們通過植物學、細胞學及分子生物學手段，在這128份資源中發(fā)現(xiàn)了草莓屬植物的一個新種，為草莓大家族增添了新成員。”雷家軍介紹，他把這個草莓新種命名為“峨眉草莓”。
此前，研究團隊就認為來自四川峨眉山的草莓在形態(tài)上和其他野生草莓種類有一些差異，它的葉片較厚、呈深綠色，雷家軍推測有可能是新種。此次通過群體基因組的方法，他們確定峨眉山采集的草莓在進化樹上明顯聚在一起，證實了此前的推測。
“二倍體草莓之前有9個種，加上新發(fā)現(xiàn)的‘峨眉草莓’，一共有10個了。”論文共同第一作者、沈陽農(nóng)業(yè)大學博士薛莉告訴《中國科學報》，在這個基礎上，他們繪制了中國分布的所有二倍體與四倍體草莓種類的分類檢索表，以更好地區(qū)分各個草莓種。
草莓果實顏色為何如此多變
草莓并不都是紅色的，西藏草莓能結(jié)出紅色果實或白色果實，而五葉草莓則能結(jié)出除紅色、白色之外的粉色果實。是什么讓草莓果實顏色如此多變？
論文共同作者、美國密歇根州立大學園藝學副教授Patrick Edger介紹，使一些野生草莓物種果實變白的遺傳謎團在這項研究中被揭開。研究團隊發(fā)現(xiàn)，白色果實的產(chǎn)生與一種叫做MYB10的基因突變有關(guān)，MYB10控制著一種叫做花青素的色素的產(chǎn)生。花青素含量越低，果實顏色越淡。
“通過對二倍體野生草莓的全基因組測序，利用生物信息學大數(shù)據(jù)分析，我們可以揭示草莓大家族中哪些是所有物種都有的基因，即核心基因組，哪些是每個物種特有的基因，即泛基因組。”喬琴說。
喬琴還表示，所有草莓共有的核心基因維持著草莓的日常生命需求，而每個物種的基因組可能含有的獨特基因，則讓它適應生活的環(huán)境。
“自然界的種質(zhì)資源保存著很多特殊的性狀，比如抗逆性、葉片絨毛、果實顏色、香味等，為以后重要基因資源的挖掘奠定了重要基礎。”張體操說。
“野生草莓資源具有優(yōu)良的果實品質(zhì)特性，比如，五葉草莓白果具有濃香，黃毛草莓具有桃香味，綠色草莓具有清香味……而現(xiàn)在的栽培品種已經(jīng)喪失了一些芳香氣味。”薛莉表示，他們進行了不同野生草莓資源的代謝組數(shù)據(jù)分析，正在對測序結(jié)果進行挖掘，探索重要品質(zhì)性狀相關(guān)的分子標記，希望這些研究成果可以用來培育更優(yōu)質(zhì)的草莓品種。
“相信在不久的將來，我們就能夠種上抗病性更強、顏值更高、口味更受歡迎的草莓品種了。”張體操說。
相關(guān)論文信息：
https://doi.org/10.1073/pnas.2105431118
