近日，我院果樹發(fā)育生物學(xué)團隊在《Horticulture Research》在線發(fā)表了題為“Multi-omics analyses reveal MdMYB10 hypermethylation being responsible for a bud sport of apple fruit color”的研究論文。該研究構(gòu)建了紅星系蘋果高質(zhì)量基因組，并揭示了芽變發(fā)生時蘋果植株體細胞變異的積累及影響。該研究對于理解蘋果等多年生果樹芽變致因及指導(dǎo)蘋果芽變選種工作均具有重要意義。
我國是世界第一大蘋果生產(chǎn)和消費國，在近40年的育種進程中，約32%的蘋果品種通過芽變選育而來，主要包括富士系、紅星系和嘎啦系的著色、早熟等性狀的芽變品種逾100個。芽變通常是由芽分生組織發(fā)生的體細胞變異引起，可以產(chǎn)生具有經(jīng)濟價值的新性狀，同時保留母株的優(yōu)良性狀。在植物發(fā)育過程中，體細胞變異的不斷積累可能影響了芽變的發(fā)生。迄今為止，已在柑橘、桃、葡萄等多年生果樹中對體細胞變異進行了分析，但蘋果中對體細胞變異的相關(guān)認識尚十分有限。
前期發(fā)現(xiàn)深紅著色紅星系品種‘俄矮2號’的1個分枝結(jié)出綠色至淡紅色果實，通過形態(tài)學(xué)鑒定、DNA鑒定和嫁接試驗確認其為芽變。隨著果實發(fā)育，芽變枝與原始枝結(jié)出果實的果皮中總花青素含量不斷升高，同時在各發(fā)育時期均存在顯著差異（圖1）。隨后，本研究利用基因組測序技術(shù)對‘俄矮2號’的基因組進行了從頭組裝，獲得了高質(zhì)量基因組，BUSCO評估完整度為97.1%。基于該基因組，作者對‘俄矮2號’分枝發(fā)育過程中的體細胞變異進行了分析，評估其體細胞突變率為4.56×10-8每年每堿基，進一步分析確認了芽變枝與原始枝之間存在253個SNP、118個InDel及1個SV（圖1）。同時，本研究利用轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)分析挖掘花青素合成相關(guān)的共表達模塊，確認MdMYB10是其關(guān)鍵的轉(zhuǎn)錄因子之一（圖1）。此外，本研究利用全基因組甲基化測序技術(shù)分析發(fā)現(xiàn)5個花青素合成相關(guān)基因的啟動子區(qū)域存在甲基化修飾差異，其中芽變果皮MdMYB10啟動子區(qū)域的CHG類型甲基化修飾水平在各發(fā)育期均顯著高于對照。
圖 1 多組學(xué)分析揭示‘俄矮2號’蘋果著色型芽變發(fā)生源于MdMYB10超甲基化
為探究全基因組水平體細胞變異（遺傳變異和表觀遺傳變異）的影響，本研究對多個關(guān)鍵的體細胞變異進行深入分析。推測其遺傳變異可能發(fā)揮潛在影響，而表觀遺傳變異通過影響花青素合成基因的轉(zhuǎn)錄導(dǎo)致芽變材料與對照之間總花青素含量存在差異。基于以上結(jié)果，確認植物發(fā)育過程中存在遺傳變異和表觀遺傳變異的積累，多組學(xué)分析確認 MdMYB10 啟動子區(qū)域的超甲基化是該芽變產(chǎn)生的一個重要因素（圖1）。
園藝學(xué)院張東教授和新西蘭皇家植物與食品研究院姚家龍高級科學(xué)家為該論文通訊作者，博士生劉昱為第一作者。該項研究工作獲得國家重點研發(fā)計劃、國家蘋果產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系、陜西省留學(xué)人員科技活動擇優(yōu)資助項目、唐仲英基金會和學(xué)校“雙一流”建設(shè)專項等項目的資助。
