新的基因组见解揭示了丝绸之路上苹果令人惊讶的双向旅程

几个世纪以前，丝绸之路的古老网络促进了欧亚大陆之间的政治和经济开放。但是这个网络也开辟了遗传交换的途径，形成了世界上最受欢迎的水果之一：苹果。当旅行者沿着丝绸之路向西和向西旅行，交易他们的商​​品和想法时，他们带着他们搭便车的苹果种子，从他们从野生树木中取出的最好的水果中丢弃。这种早期选择最终将导致今天存在的7,500种苹果品种。

博伊斯汤普森研究所(BTI)的研究人员一直在努力挖掘苹果进化历史的奥秘，本周在Nature Communications上发表的一篇新出版物揭示了对我们今天的现代驯化苹果Malus domestica的遗传交换的惊人见解。

与来自康奈尔大学和中国山东农业大学的科学家合作，研究人员对117种不同苹果种质的基因组进行了测序和比较，包括家蝇和来自北美，欧洲，东亚和中亚的23种野生种。

一个两条道路的故事

这种基因组比较最令人兴奋的结果是苹果进化历史的综合图。以前的研究表明，普通苹果Malus domestica起源于中亚野生苹果(Malus sieversii)，随着它被带到西欧到欧洲，沿着丝绸之路沿着海棠的贡献。

根据这项新研究的结果，研究人员可以放大地图以获得更好的分辨率。“我们将驯化苹果的起源从中亚非常广阔到天山山脉以西的哈萨克斯坦地区，”BTI教授，本研究的第一作者张俊飞解释说。

除了指出西方苹果的起源外，作者还兴奋地发现，第一个驯化的苹果也曾经往东方，与当地的野苹果杂交，产生了今天在中国种植的软甜苹果的祖先。

“我们在丝绸之路上指出了两条主要的进化路线，西部和东部，沿途每一步都显示出果实品质的变化，”费summarized总结道。

虽然野生M. sieversii生长在天山山脉以东，但在中国新疆地区，生态型从未种植过，并没有为东部驯化杂交种做贡献。相反，它在这几个世纪中一直处于孤立状态，保持着人类选择尚未开发的多样性。第一作者杨白评论道，“它是苹果育种者进一步探索的宝藏。”

这个故事很糟糕(但坚定)

当苹果沿着丝绸之路向西旅行时，树木从落下的种子开始生长，并与其他野生苹果品种交配，包括令人难以置信的酸味欧洲海棠(Malus sylvestris)。亨利·大卫·梭罗(Henry David Thoreau )曾经描述过海棠的酸味，“酸味足以让松鼠的牙齿咬上边缘并发出尖叫声。”

作者发现，樟子松对苹果的基因组贡献如此广泛，以至于现代苹果实际上与酸性海棠更相似，而不是哈萨克斯坦的祖先M. sieversii。

“对于祖先的物种，Malus sieversii，果实通常比其他野生苹果大得多。它们也很柔软，并且具有非常简单的味道，人们不喜欢它们，”Bai说。

古代栽培苹果与樟子松之间的杂交，随后进行了广泛的人类选择，为我们提供了更大，更丰富的新苹果，并且具有松脆的坚固性，使其具有更长的保质期。

白进一步解释说，“现代驯化的苹果含有较高且均衡的糖和有机酸含量。这就是苹果开始成为受欢迎和受欢迎的水果的方式。”

一个具有巨大潜力的大型发现

新的味道和质地可能会将苹果放入我们的馅饼中，但尺寸也很重要。在作物育种中，选择的最理想的性状之一是较大的果实或种子。在几乎所有水果驯化的情况下，野生祖先都有微小的果实，经过几个世纪的选择，它们被塑造成大型营养的栽培对象。例如，驯养番茄比其野生亲缘植物大至少100倍。

“对于苹果来说情况并非如此。它的驯化始于中型到大型水果，”白说。“它有很大的潜力在育种计划中进一步扩大果实大小。”

通过比较许多不同的苹果基因组，研究人员能够找到支持两个不同进化步骤的证据，这些步骤有助于苹果的大小增加 - 一个在驯化之前，一个在驯化之后。

与其他野苹果相比，大尺寸的Malus sieversii使其具有很大的驯化优势。它在种植之前已经发展到合适的大小，这可能使其对种植者更具吸引力，因为种植者不需要花费太多精力选择更大的水果。

缺乏大小选择也意味着负责大小增加的基因仍然保留了可变性，这种可变性具有未来选择的潜力。但它也可以使大小相关基因的鉴定变得困难。尽管如此，新研究的广泛范围使得研究人员能够确定几个基因标记，这些标记可能会增加果实大小，这对于那些可能希望进一步增加苹果周长的育种者来说是个好消息。

苹果(基因组)远离树

虽然消费者可能会要求更好的苹果，但是在抛光苹果性状时，育种者会遇到困难。一个主要问题是苹果不能自花授粉。它只能与其他品种杂交，每代都会引入过多的遗传变异。虽然遗传变化是调整感兴趣特征所必需的，但过多的变化会调整一切。结合从苹果种子到果实的几年，这使得对期望性状的育种成为挑战。

“本研究中鉴定的某种特性的人类选择下的基因组区域和候选基因对于从事同一性状的育种者将非常有帮助和启发，”Fei表示，他预计这项研究的结果将“改善速度和苹果中'标记辅助选择'的准确性。“

现在，通过广泛和多样化的代表性苹果基因组收集，彻底和仔细的分析使得Fei的小组能够区分重要的遗传标记，这将大大有助于育种者寻求更好的苹果 - 无论是抗病，保质期，味道还是大小均匀。

当被问及她认为苹果有多大可以通过繁殖时，她的眼睛闪烁着回应：“好吧，在我疯狂的想象中，也许有一天，它可能像西瓜一样大。”