中国科学家破译苹果遗传密码！“设计苹果”有了“法宝”

苹果因其脆甜多汁、香味浓郁、营养丰富，是全球最受人们喜爱且种植最广的(de)水果之一。近日，一项围绕(wéirào)苹果的最新研究在线发表在《自然-遗传(yíchuán)》期刊上：中国农业大学园艺学院韩振海团队联合国内外科学家成功揭示了(le)苹果属数千万年的演化轨迹，绘制(huìzhì)出首张苹果属遗传多样性(duōyàngxìng)全景图。该期刊配发《研究简述》重点推介，凸显了该研究在苹果属遗传与进化研究中的里程碑意义。 那么，小小苹果的演化轨迹究竟有何特别？揭秘(jiēmì)其遗传与进化，将为我国乃至(nǎizhì)世界苹果的科学育种与产业(chǎnyè)发展带来什么助益？我们请中国农业大学园艺学院教授、博士生导师韩振海、李威来说说。 苹果(píngguǒ)生命周期苹果育种有“三难” 很多人可能不知道，如今的苹果其实是“进化+人为选择”的产物。换句话说，苹果是一个拥有(yōngyǒu)复杂身世(shēnshì)的“家族”。 现代栽培的(de)苹果(píngguǒ)，最早起源于中亚和(hé)我国新疆天山一带的野生苹果。在数千年的传播(chuánbō)过程中，苹果一路走向世界，与各种“亲戚”不断“通婚(tōnghūn)”和“融合”，演变出了现在所看到的诸多品种。这种(zhèzhǒng)“混血”进化，让苹果不仅种类多、口味丰富，还适应了各种各样的环境。正因为身世太复杂，苹果在育种和研究上遇到了一些“老大难”的问题。 很多育种工作(gōngzuò)都集中在“元帅”“金冠”“红富士”“嘎啦”等少数优质品种上，久而久之，栽培苹果(píngguǒ)的抗病能力下降、种质变单一(dānyī)。而一些拥有强抗病、耐寒能力的野生苹果品种，却因为研究不够(bùgòu)，没能被充分利用。 苹果树是一种多年生(duōniánshēng)果树，遗传关系复杂，一个性状可能牵涉好多个基因。比如，矮化性状就与激素合成、信号转导、营养运输等多个调控(tiáokòng)通路相关。传统育种就像“蒙着眼睛走迷宫”，又慢又费劲(fèijìn)，从开始培育一个新品种到真正种进果园，少说(shǎoshuō)也得20多年。 三是先进技术难以(nányǐ)施展拳脚 现代生物技术能做很多事情，如基因定位、精准改良等，但这些优势一旦遇上苹果研究，就很难真正发挥出来(chūlái)，根本原因在于(zàiyú)“基因组坐标”不够精确(jīngquè)。虽然早在15年前苹果参考(cānkǎo)基因组就已公布，但那只是(zhǐshì)单一品种的线性基因组，只提供了一条固定的参考路径，无法反映苹果属(shǔ)丰富多样的遗传变异。科学家很难找到苹果关键基因的位置，自然就无法轻松组合出理想的苹果性状。 因此，要想让苹果变得更(gèng)好吃、更抗病、更高产，就必须从根本上了解它的遗传秘密。这不仅(bùjǐn)是科技创新的方向，更是保障果农收入、应对气候变化、推动中国(zhōngguó)果业(guǒyè)升级的关键所在。可以说，未来谁能掌握苹果的“基因钥匙”，谁就能领跑全球苹果种业的新一轮竞争。 研究(yánjiū)遗传基因让苹果更“抗打” 近年来，全球(quánqiú)农业面临着前所未有的双重压力。一方面，天气越来越(yuèláiyuè)反常，忽冷忽热、干旱、冻害接连上演；另一方面，病虫害像“升级版病毒”一样，不仅范围扩大、破坏力增强，还越来越难防御(fángyù)。 面对这些情况，怎么才能让(ràng)苹果树更“抗打”呢？科学家认为，必须回到“源代码(yuándàimǎ)”——研究它的遗传基础和家族多样性背景。比如，苹果有哪些“零件”？怎么控制开花(kāihuā)、结果、抗病、变甜？哪些基因能抗病、哪些基因能让果实(guǒshí)更香？诸如此类信息，都藏在苹果的DNA里。对育种专家而言(éryán)，理解这些基因背后的故事(gùshì)，才能精准“选材造果”，打造出更适应未来气候的新品种。 为了让苹果树既长得结实又好打理，科学家(kēxuéjiā)非常看重两大特性：一是(yīshì)抗逆性强，无论遇到(yùdào)高温、低温、干旱、盐碱还是虫害、病害，苹果树都能“扛得住、结得好”；二是适合(shìhé)矮化密植，树不能长得太高、太散，适合用机器采摘、修剪，以便大幅提高果园生产效率。 韩振海(hánzhènhǎi)教授团队给出了一个方向：从苹果的进化历史中找资源(zīyuán)。要想为苹果打造一套真正(zhēnzhèng)抗打又好种的“基因工具箱”，就得回头(huítóu)去找它的“祖宗”和“亲戚”，看看谁天生带有抗病、抗寒、耐旱的好基因。 研究团队展开了一场“全球寻宝”：收集了全球30个具有代表性的(de)苹果属植物，从中国东北的山定子(Malus baccata)、栽培种的野生(yěshēng)(yěshēng)祖先Malus sieversii，到欧洲(ōuzhōu)的Malus sylvestris、北美的 Malus ioensis……这些野生苹果“亲戚”分布在不同环境中，可能就藏着应对各种挑战(tiǎozhàn)的“基因法宝”。只有把这些野生苹果种尽量多地收进来，才能(cáinéng)搭建出一个系统的“抗逆资源库”，未来(wèilái)的育种工作(gōngzuò)才能有的放矢。 构建首张苹果属遗传基因(yíchuánjīyīn)全景图 在农业科技尤其是果树育种领域，想真正实现科技自主，必须先搞清楚3个(gè)最(zuì)基本的问题：作物是怎么来的？它和“亲戚”之间什么关系？还能对它进行什么样的改造和优化？回答这些(zhèxiē)问题，不能只盯着果子的大小、颜色、口感等表面现象，而是要(yào)深入(shēnrù)苹果家族史的最深层，即前面提到的遗传信息。 研究团队(tuánduì)通过对大量苹果属植物进行基因组测序发现，这个家族最早起源于大约5600万年前的(de)亚洲。随着时间推移，它们在地质和气候(qìhòu)的变化中逐渐分化成今天大家看到的多个“亲戚”物种。 2.各种“亲戚”之间啥关系(guānxì) 苹果属内部的成员经常“串门”，也就是种间杂交和基因交流。这种“你中有我、我中有你”的演化模式(móshì)，让苹果的遗传背景变得异常复杂(fùzá)。研究团队通过构建“家谱关系(guānxì)图”，厘清了各物种之间(zhījiān)的亲缘关系，也找到了很多“基因混血”的证据。 3.遗传多样性(duōyàngxìng)让适应力更强 苹果属植物在外形、风味上的(de)(de)五花八门，是由遗传层面上的多样性控制的。研究发现，这些多样性多数源于基因(jīyīn)组中大范围(fànwéi)的“结构变异”，比如，一段DNA被删除、复制或倒转了。这些变异就像是苹果进化之路上的“基因突袭事件”，让它具备了更强(qiáng)的适应能力和独特性状。 为了更完整地展示苹果的遗传全貌，研究(yánjiū)团队构建了世界首个苹果属(shǔ)“图形泛基因组”。简而言之，传统基因组就像一条笔直的“铁轨”，只能(néng)看到一个代表(dàibiǎo)品种的遗传蓝图；而“图形泛基因组”就像一张立体的地铁线路图，能同时展示多个品种、物种(wùzhǒng)之间的不同，真正还原苹果属的复杂性和多样性。 这张“立体图”就像是苹果属的基因(jīyīn)全景图，里面囊括了(le)几十个野生和(hé)栽培品种，记录了上万个遗传变异。它不仅能告诉我们一个基因有没有、在哪里，还能展示这个基因在不同物种(wùzhǒng)中是怎么变化的。有了这张图，科学家不再是“盲人摸象式”的育种(yùzhǒng)，而是带着地图、有目标地“设计苹果”。该研究成果在未来有很多应用(yìngyòng)前景。比如，可以打造又矮又抗逆的新型砧木，满足密植果园和机械化(jīxièhuà)管理的需要；培育更(gèng)耐储藏、耐运输、抗病虫害(bìngchónghài)的优质苹果品种，提升果品竞争力；适应极端天气变化，让果园更有“韧性”；为干旱、高寒、高海拔等特殊地区，定向选育适应性强的专属苹果等。 过去，由于参考基因组依赖国外，野生苹果(píngguǒ)种的研究支离破碎，我国很难主导苹果分子育种的技术路线。这种“追着别人跑(pǎo)”的局面，不仅影响新品种的自主创新，也让我们在面对(miànduì)未知病虫害和气候变化时底气不足。现在，通过这项研究，中国科学家掌握了(le)(le)属于自己的系统资源和前沿技术：有(yǒu)了苹果家族的完整“族谱”；找到了控制重要性状的“关键基因”；构建了服务育种的“导航系统”和“工具箱”。这意味着，中国不仅能独立开展苹果的分子育种，还能在全球苹果科研领域提供关键资源和解决方案，从(cóng)“跟跑”踏上“领跑”之(zhī)路。 来源(láiyuán)：北京日报客户端