幾個(gè)世紀(jì)以前，絲綢之路的古老網(wǎng)絡(luò)促進(jìn)了歐亞大陸之間的政治和經(jīng)濟(jì)開放。但這個(gè)網(wǎng)絡(luò)也開辟了遺傳交換的途徑，塑造了世界上最受歡迎的水果之一：蘋果。當(dāng)旅行者沿著絲綢之路向西和向西旅行，交易他們的貨物和想法時(shí)，他們帶著他們搭便車的蘋果種子，從他們從野生樹木中取出的最好的水果中丟棄。這種早期選擇最終將導(dǎo)致今天存在的7,500種蘋果品種。

博伊斯湯普森研究所(BTI)的研究人員一直在努力挖掘蘋果進(jìn)化歷史的奧秘，本周在Nature Communications上發(fā)表的一篇新出版物揭示了對(duì)我們今天現(xiàn)代馴化蘋果Malus domestica的基因交換的驚人見解。

與來自康奈爾大學(xué)和中國山東農(nóng)業(yè)大學(xué)的科學(xué)家合作，研究人員對(duì)117種不同蘋果種質(zhì)的基因組進(jìn)行了測(cè)序和比較，包括家蠅和來自北美，歐洲，東亞和中亞的23種野生種。

兩條道路的故事

這種基因組比較最令人興奮的結(jié)果是蘋果進(jìn)化史的綜合圖。以前的研究表明，普通蘋果Malus domestica起源于中亞野生蘋果(Malus sieversii)，隨著它被帶到西歐到歐洲，它們沿著絲綢之路沿著海棠做出了貢獻(xiàn)。

根據(jù)這項(xiàng)新研究的結(jié)果，研究人員可以放大地圖以獲得更好的分辨率。“我們將馴化蘋果的起源從廣闊的中亞地區(qū)縮小到天山山脈以西的哈薩克斯坦地區(qū)，”BTI教授，本研究的第一作者張俊飛解釋說。

除了確定西方蘋果的起源外，作者還興奮地發(fā)現(xiàn)，第一個(gè)馴化的蘋果也曾經(jīng)往東方，與當(dāng)?shù)氐囊疤O果雜交，產(chǎn)生了今天在中國種植的軟甜蘋果的祖先。

“我們?cè)诮z綢之路上指出了兩條主要的進(jìn)化路線，西部和東部，沿途每一步都顯示出果實(shí)質(zhì)量的變化，”費(fèi)summarized總結(jié)道。

雖然野生M. sieversii生長在天山山以東，但在中國新疆地區(qū)，生態(tài)型從未種植過，對(duì)東部馴化雜交沒有貢獻(xiàn)。相反，它在這幾個(gè)世紀(jì)中一直保持孤立，保持著人類選擇尚未開發(fā)的多樣性。第一作者楊白評(píng)論道，“對(duì)于蘋果育種者來說，進(jìn)一步探索是一個(gè)隱藏的寶石。”

這個(gè)故事很糟糕(但堅(jiān)定)

當(dāng)蘋果沿著絲綢之路向西旅行時(shí)，樹木從落下的種子開始生長，并與其他野生蘋果品種交配，包括令人難以置信的酸味歐洲海棠(Malus sylvestris)。亨利·大衛(wèi)·梭羅(Henry David Thoreau)曾經(jīng)描述過它的酸味，“酸味足以讓松鼠的牙齒咬上邊緣并發(fā)出尖叫聲。”

作者發(fā)現(xiàn)，樟子松對(duì)蘋果的基因組貢獻(xiàn)如此廣泛，以至于現(xiàn)代蘋果實(shí)際上與酸性海棠更相似，而不是哈薩克斯坦的祖先M. sieversii。

“對(duì)于祖先的物種，Malus sieversii，它們的果實(shí)??通常比其他野生蘋果大得多。它們也很柔軟，并且具有非常簡(jiǎn)單的味道，人們不喜歡它們，”Bai說。

古代栽培蘋果與樟子松之間的雜交，隨后進(jìn)行了廣泛的人類選擇，為我們提供了更大，更豐富的新蘋果，并且具有松脆的堅(jiān)固性，使其具有更長的保質(zhì)期。

白進(jìn)一步解釋說，“現(xiàn)代馴化的蘋果含有較高且均衡的糖和有機(jī)酸含量。這就是蘋果開始成為受歡迎和受歡迎的水果的方式。”

一個(gè)具有巨大潛力的大型發(fā)現(xiàn)

新的味道和質(zhì)地可能會(huì)將蘋果放入我們的餡餅中，但尺寸也很重要。在作物育種中，選擇的最理想的性狀之一是較大的果實(shí)或種子。在幾乎所有水果馴化的情況下，野生祖先都有微小的果實(shí)，通過幾個(gè)世紀(jì)的選擇，它們被塑造成大型營養(yǎng)的栽培對(duì)象。例如，馴化番茄比其野生親緣植物大至少100倍。

“對(duì)于蘋果來說情況并非如此。它的馴化始于中型到大型水果，”白說。“它有很大的潛力在育種計(jì)劃中進(jìn)一步擴(kuò)大果實(shí)大小。”

通過比較許多不同的蘋果基因組，研究人員能夠找到支持兩個(gè)不同進(jìn)化步驟的證據(jù)，這些步驟有助于蘋果的大小增加 - 一個(gè)在馴化之前，一個(gè)在馴化之后。

與其他野蘋果相比，大尺寸的Malus sieversii使其具有很大的馴化優(yōu)勢(shì)。它在種植之前已經(jīng)發(fā)展到合適的大小，可能使其對(duì)種植者更具吸引力，因?yàn)榉N植者不需要花費(fèi)太多精力選擇更大的水果。

如此缺乏大小選擇也意味著負(fù)責(zé)大小增加的基因仍然保留了可變性，這種可變性具有未來選擇的潛力。但它也可以使識(shí)別與大小相關(guān)的基因變得困難。盡管如此，這項(xiàng)新研究的廣泛性使得研究人員能夠確定幾個(gè)基因標(biāo)記，這些標(biāo)記可能會(huì)增加果實(shí)大小，這對(duì)于那些可能想要進(jìn)一步增加蘋果周長的育種者來說是個(gè)好消息。

蘋果(基因組)遠(yuǎn)離樹

雖然消費(fèi)者可能會(huì)要求更好的蘋果，但在拋光蘋果性狀時(shí)，育種者會(huì)遇到困難。一個(gè)主要問題是蘋果不能自花授粉。它只能與其他品種雜交，每代都會(huì)引入過多的遺傳變異。雖然遺傳變化是調(diào)整感興趣的特征所必需的，但過多的變化會(huì)調(diào)整一切。結(jié)合從蘋果種子到果實(shí)的幾年，這使得對(duì)期望性狀的育種成為挑戰(zhàn)。

“本研究中鑒定的某種特性的人類選擇的基因組區(qū)域和候選基因?qū)τ谘芯客恍誀畹挠N者將是非常有幫助和激勵(lì)的，”Fei說，他預(yù)計(jì)這項(xiàng)研究的結(jié)果將“改善速度和蘋果中'標(biāo)記輔助選擇'的準(zhǔn)確性。“

現(xiàn)在，通過廣泛而多樣化的代表性蘋果基因組收集，徹底和仔細(xì)的分析使得Fei的小組能夠區(qū)分重要的遺傳標(biāo)記，這將極大地幫助育種者尋求更好的蘋果 - 無論是抗病性，保質(zhì)期，味道還是大小均勻。

當(dāng)被問及她認(rèn)為蘋果有多大可以通過繁殖時(shí)，她的眼睛里閃爍著一絲眨眼，“好吧，在我瘋狂的想象中，也許有一天，它可能像西瓜一樣大。”