世界首张梅花全基因精细图谱揭示—— 梅香并非苦寒来


游人在梅园赏梅。新华社发

       我国是世界梅花起源和栽培中心,迄今已有3000多年的栽培历史。梅花香味浓郁,花期早,与松、竹并称为“岁寒三友”,被人们赋予了“坚韧”、“高洁”等精神特质,居中国十大名花之首。

  梅花寄托着中国人的独特审美情感,也蕴藏着许多难解之谜。

  比如,同为蔷薇科李属,桃花、杏花等都没有香味,为何只有梅花香气四溢;

  比如,植物界那么多成员,为何梅花开花最早,为人们创造出“踏雪寻梅”的意境。

  虽然是我国第一位梅花博士,尽管从事梅花研究30多年,但北京林业大学张启翔教授对此也一直不得其解。直到他率领的项目组完成了梅花全基因组测序研究、构建完成了世界上首张梅花全基因组精细图谱之后,才使这些问题终于得到了基因组水平的科学回答。

  2012年12月27日,他和同事们的有关研究论文被《自然通讯》作为亮点论文在线发表之后,每当有人表示祝贺时,他都会眉飞色舞地给对方讲一段梅花基因组的科普。

  作为梅花基因组项目的首席专家,张启翔教授十分清楚梅花全基因组测序的完成以及构建高密度遗传图谱的意义:这一研究除了有助于揭示梅花花期早、花香独特等重要观赏性状的遗传基础之外,还有助于挖掘与诸多重要性状相关的功能基因,为梅花及相关种属的分子育种奠定基础。

  这位长期从事梅花等中国传统名花的种质资源和遗传育种研究的科学家认为,梅花全基因组、后基因组学研究将对推动我国花卉基础研究产生重要影响。

  在张启翔教授的带领下,国家花卉工程技术研究中心与深圳华大基因研究院、北京林福科源花卉有限公司等合作,共同完成了这一重大研究。

   科学家们选取生长在梅花起源中心的西藏野生梅花进行基因组测序。采用Solexa和WGM(全基因组酶切图谱技术)相结合的技术策略进行基因组测序和组 装,组装长度约237 米,占梅花基因组全长的84.6%,获得注释基因31390多个,通过高密度遗传连锁图谱实现了组装序列与8条染色体的对应关系。

  张启翔称,目前组装和注释数据均在“梅花基因组”网站对外公开。

   张启翔解释说,这项研究揭示:合成梅花花香重要成分乙酸苯甲酯的BEAT基因家族的34个成员,在梅花基因组中显著扩增并且其中12个成员串联重复分 布,从而使梅花具有独特的花香;梅花基因组中6个串联重复的DAM基因和其上游过多的CBF结合位点,是梅花提早解除休眠的关键因子,从而可以解释“踏雪 寻梅”之说。

  研究人员在对梅花的进化分析中发现,梅与苹果发生分化后,并没有出现近期的全基因组复制事件。在对梅花的古演化史研究中发 现,其发生了三倍化重排事件。在梅花全基因组序列图谱的基础上,结合已完成的苹果和草莓基因组序列,成功地重建了蔷薇科9条原始染色体,深入揭示李属、苹 果属和草莓属的染色体是如何经历不同的染色体融合、断裂和复制事件演化而来,为开展蔷薇科物种比较基因组学研究奠定重要的理论基础。

  据悉,项目组的研究结果为今后进一步揭示梅花花期、花香和抗病调控机制奠定了重要的研究基础;蔷薇科植物的快速进化使其种属间进化关系难以确定,而梅花全基因组测序的完成,则有助于揭开蔷薇科植物快速进化的谜题。

   “梅花基因组”项目首席专家张启翔教授长期从事抗寒梅花、花果兼用梅育种研究,培育品种30多个,获国家新品种保护权14项,培育的抗寒梅花品种能够抵 御-19℃至-35℃的低温,推广到我国“三北”12个省区,使我国梅花分布区域由长江流域北移了2000公里。目前,在北京林业大学鹫峰梅国际登录精品 园等2个梅花基因库,收集整理全国梅花品种和野生种质资源300多份。

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