本文转自：齐鲁晚报

【资料图】

我国科学家破译葡萄驯化密码

11000年前,人类已学会栽葡萄吃

葡萄是何时何地被驯化,又是怎样传播到全世界的?是先有鲜食葡萄,还是先有酿酒葡萄?如今,这些问题有了答案。3月4日,云南农业大学发布了破译葡萄驯化密码的重大研究成果,将栽培葡萄起源推演至约1.1万年前,并证明鲜食葡萄和酿酒葡萄在不同区域同时起源。

世界上最早被驯化的水果是葡萄

如今,品种繁多的葡萄分布在全球六大洲,但其栽培起源却一度是科学界的未解之谜。近日,由云南农业大学董扬教授团队牵头,联合17国78位科学家发表的研究成果《葡萄演化中的双重驯化和性状起源》,作为国际学术期刊《科学》的封面文章发表。

“葡萄是一种重要水果,是全球综合产值最大的经济作物之一。”董扬介绍,葡萄属植物还有约60种可生育的野生种,北美约有28种,东亚约有30种。尽管葡萄栽培在人类历史中具有重要的文化内涵和经济价值,但此前缺乏大规模基因组遗传变异数据,无法解析其驯化传播历史,严重阻碍了葡萄的性状改良。

本次研究中,团队汇集全球约5000份葡萄遗传资源,完成了迄今为止植物领域最大的基因组分析。“所谓驯化,是指将野生物种变成家养物种,在人工培育条件下满足人类需求。经过3年时间,团队全面解析了葡萄起源、驯化和传播问题,形成葡萄起源和迁徙的一致观点,改写了葡萄研究的教科书。”论文通讯作者陈伟说。

此前,科研人员通过对格鲁吉亚出土陶罐中的葡萄酒残留物推断,人类至少在8000年前就开始酿造葡萄酒,但对于人类驯化葡萄的具体时间仍旧未知。

此次研究中,团队寻找到葡萄基因中残留的驯化痕迹,推断出葡萄驯化时间大约在距今11000年前。这意味着,人类刚进入新石器时代不久,葡萄就从野生变成了栽培,表明葡萄是世界最早驯化的水果。

鲜食葡萄和酿酒葡萄同时被驯化

研究还揭示,栽培葡萄驯化中心有两个,为“葡萄双起源中心”模式,纠正了科学界以前的单起源中心理论。

董扬表示,鲜食葡萄和酿酒葡萄差异显著,鲜食葡萄皮薄肉多,种子小,甚至无籽。而酿酒葡萄由于需要大量风味物质,皮厚种子大,糖分及其他酸味物质含量高。由于酿酒葡萄特征与野生葡萄更接近,因此有人认为先有酿酒葡萄,后有鲜食葡萄。在以往研究中,由于样本不足,也认为葡萄是单起源物种。

此次研究证明,葡萄驯化的起源中心有两个,分别在西亚地区和高加索地区,两地相隔1000多公里。

栽培葡萄由野生葡萄演化而来。研究指出,在末次冰期的寒冷气候中,野生葡萄种群分布范围不断缩小,分化成东西两个生态类型。其中,东方的Syl-E,在5.6万年前进一步分化成西亚地区的Syl-E1,以及高加索地区的Syl-E2。

此后,随着气候持续转冷,这些葡萄与当时的人类一样,度过了一段难熬岁月。大约在2万年前极寒的冰盛期,葡萄与人类种群同时陷入低谷。大约1.2万年前,冰期终于结束,气候开始变得温暖湿润。这时,人类与葡萄也产生了影响深远的交集。

1.1万年前,在相距1000公里的西亚和高加索地区,两支野生葡萄几乎同一时间经历了驯化,得到两个重要的栽培葡萄类群:在西亚,Syl-E1驯化得到CG1；而高加索地区Syl-E2的驯化产物则是CG2。

研究结论终结了鲜食葡萄和酿酒葡萄的先后争议。“CG1主要是鲜食葡萄,CG2主要是酿酒葡萄,两种葡萄是同时驯化的,不存在谁先谁后。”陈玮博士表示。

未来将设计育种芯片,让葡萄更好吃

除了复原葡萄驯化、栽培的历史,研究还对与葡萄栽培相关的典型性状(包括香气、颜色和花的性别)进行了分析。例如,发现了控制葡萄麝香特征的基因,还发现了可能对葡萄果皮颜色产生影响的未知基因。这些发现,未来有望帮助酿酒师改进葡萄酒的品质,并提升葡萄对气候变化等的适应能力。

“驯化的本质是基因发生变化,明确这一问题,对日后做设计育种很有益。”董扬介绍,像搭积木一样,将优良基因整合,就是设计育种。葡萄驯化早期,设计育种的重点是产量,随着人们需求越来越多样化,抗病性、形态、颜色、香气等性状更受关注。

我国是世界鲜食葡萄的重要产区,但葡萄产业因“种子”问题受制于人。研究团队成员朱怡凡博士说:“团队已挖掘到大量人工驯化基因和改良基因,后续将设计葡萄育种芯片,实现辅助育种,培育出更多优良葡萄品种,助力我国葡萄产业发展。”

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