摘要：2月26日，潍坊现代农业山东省实验室、北京大学现代农业研究院叶文秀研究员和郭立研究员团队，在国际顶尖期刊《自然-遗传学（Nature Genetics）》上在线发表了一项题为《Super pangenome of Vitis empowers identifi
2月26日，潍坊现代农业山东省实验室、北京大学现代农业研究院叶文秀研究员和郭立研究员团队，在国际顶尖期刊《自然-遗传学（Nature Genetics）》上在线发表了一项题为《Super pangenome of Vitis empowers identification of downy
mildew resistance genes for grapevine improvement》的研究成果。这一成果在葡萄科研领域具有里程碑式的重大意义。
据悉，研究团队首次绘制了涵盖欧亚、北美和东亚三大葡萄属世界种群的72个葡萄种质材料的单倍型超级泛基因组图谱，揭示了葡萄属丰富的遗传多样性和复杂的杂交历史。基于葡萄多组学数据，研究团队成功挖掘到葡萄霜霉病抗性相关遗传变异和抗病基因，加速葡萄精准分子育种，开启葡萄种质创新和利用新时代。
葡萄在全球范围种植广泛，属于葡萄科葡萄属植物，该属包括两个亚属，麝香葡萄亚属和真葡萄亚属，共计70余个种；根据地理分布可将其分为三大类群，欧亚种群、北美种群和东亚种群。
作为驯化的古老作物之一，葡萄经历了漫长的持续驯化和多年的育种改良。这一过程虽然培育出了众多现代葡萄品种，但同时也导致了其遗传多样性的缩小和抗性基因的丢失，使得现代葡萄品种容易受到病虫侵害、逆境等不利条件的影响。近年来，随着北美葡萄泛基因组和欧洲葡萄泛基因组的相继发布，野生葡萄因其丰富的遗传多样性和强大的抗性基因而再次成为研究焦点。然而，尽管有这些进展，但以大群体染色体级基因组组装为基础，涵盖主要品种（特别是包含东亚野生种葡萄）的属级泛基因组一直未见报道。因此，构建一个涵盖整个葡萄属的泛基因组，将成为了解葡萄遗传多样性、开展功能基因组学研究、识别隐性遗传特性以及葡萄精准改良的关键资源。
在这项研究中，科学家们对591个葡萄材料进行了群体基因组分析，并选取了72个代表性材料进行染色体水平的单倍型基因组组装。这些高质量的基因组序列为葡萄遗传育种研究提供了强有力的资源支持。
值得注意的是，科学家们首次构建了单倍型系统发育进化树，揭示了葡萄属植物复杂的育种历史和丰富的遗传多样性。研究发现，北美和欧洲葡萄品种内部杂交较多，而东亚品种内部杂交较少，跨大洲杂交事件也有限。这表明东亚葡萄具有潜在的巨大育种价值，其遗传多样性尚未被充分开发。
此外，研究还分析了72份葡萄材料的泛基因组基因家族，发现了超过6.4万个基因家族，并系统分析了免疫受体蛋白基因家族NLR。结合抗病数据，科学家们发现TIR-NBARC-LRR家族的NLR基因在抗病（野生葡萄）和感病葡萄（栽培葡萄）中存在显著数量差异，可能是葡萄抗霜霉病表型差异的重要因素之一。该超级泛基因组分析为研究葡萄属的遗传多样性、进化历史及功能基因挖掘提供了全面的基因组基础。
为了挖掘与抗性及资源利用效率等重要性状相关的功能基因，科学家们还绘制了目前最完整的葡萄基因组遗传结构变异（SV) 图谱。科学家们还构建了第一个涵盖欧、亚、美三大种群的图形泛基因组，本研究构建的葡萄属超级泛基因组不仅加深了对葡萄生物进化和育种改良的理解，也为精准改良葡萄抗病性和多样性提供了重要的科学基础。
据介绍，潍坊现代农业山东省实验室、北京大学现代农业研究院叶文秀和郭立团队的这项研究，提供了迄今最全面的葡萄属基因组资源，有助于全面解析葡萄基因组的复杂性和多样性，从而高效发掘并利用葡萄特别是野生葡萄种中的优异基因。该研究结合葡萄属超级泛基因组、群体转录组学和表型组学，对葡萄属遗传多样性和重要农艺性状形成机制的深入探索，为未来培育超级葡萄提供了理论基础和新的思路，标志着葡萄基因组研究迈进新的阶段，也必将加速推动我国葡萄种质创新和葡萄产业的高质量发展。
潍坊现代农业山东省实验室、北京大学现代农业研究院
潍坊市葡葡萄种质创新与利用重点实验室介绍
北京大学现代农业研究院潍坊市葡葡萄种质创新与利用重点实验室致力于葡萄基因组学与功能基因组学、种质创新与采后利用研究。现有科研人员70余人，其中省级以上人才4人，正高级研究员3人，博士15人。实验室科研实力雄厚，自成立以来，发布了首个葡萄端粒完整的T2T单倍型基因组和葡萄属超级泛基因组，详细解析了葡萄气孔免疫病害机理，鉴定到多个葡萄霜霉病抗性及水分利用调控关键基因，搭建了葡萄抗病设计育种平台，培育了“紫秀一号”抗霜霉病新品种。同时，实验室积极服务产业，出版了国内第一本系统介绍葡萄酒庄规划建设的专业书籍《葡萄酒庄规划建设与酿酒葡萄管理》，研制了符合中国人口感的系列葡萄酒“北大红”；基于气孔免疫理论，实验室与合作企业安徽原植生物科技有限公司成功研制了用于控制霜霉病的高效产品“原植无双”，并实现了产业化，形成了葡萄病害防控的新质生产力，助力了葡萄产业高质量发展。 （大众新闻记者 张蓓）
来源：大众日报
