絲綢之路是中國(guó)和西歐之間4000英里的延伸，從公元前2世紀(jì)到公元14世紀(jì)，貿(mào)易繁榮發(fā)展。絲綢之路出產(chǎn)了我們喜愛、珍貴的水果之一——蘋果。

旅行者會(huì)在一個(gè)地方采摘蘋果，吃完后把果核扔到幾英里外，這些種子在新的地點(diǎn)長(zhǎng)成了樹，與野生品種雜交，創(chuàng)造出了今天存在的7000多種蘋果。

與野生品種的雜交使蘋果基因組變得非常復(fù)雜且難以研究，但是由博伊斯·湯普森學(xué)院（Boyce Thompson Institute）教授Zhang Jun Fei和日內(nèi)瓦美國(guó)農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)研究局（USDA-ARS）的科學(xué)家Gan Yuan Zhong共同領(lǐng)導(dǎo)的多學(xué)科研究團(tuán)隊(duì)，通過應(yīng)用的測(cè)序技術(shù)和生物信息學(xué)算法，為馴化蘋果及其兩個(gè)主要野生祖先組裝了兩條染色體的完整集合，從而解決了這一問題。

該團(tuán)隊(duì)的研究報(bào)告在11月2日發(fā)表于《自然遺傳學(xué)》上的一篇論文中進(jìn)行了描述，作者來自BTI、康奈爾大學(xué)、美國(guó)農(nóng)業(yè)部和山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院。研究人員發(fā)現(xiàn)，蘋果獨(dú)特的馴化歷史導(dǎo)致了尚未開發(fā)的基因來源，這些基因可以用來改善蘋果的大小、味道、甜度和質(zhì)地。

農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)學(xué)院綜合植物科學(xué)學(xué)院的副教授——費(fèi)教授說：“植物育種者可以利用這些詳細(xì)的信息來改進(jìn)對(duì)消費(fèi)者來說重要的特征，現(xiàn)在主要是味道。也許更重要的是，這些信息將幫助育種者生產(chǎn)出對(duì)壓力和疾病更具抵抗力的蘋果?！辟M(fèi)教授表示，這項(xiàng)新研究是2017年發(fā)表在《自然通訊》上的一項(xiàng)早期合作的產(chǎn)物，該研究追溯了蘋果沿著絲綢之路馴化和進(jìn)化的歷史。

在康奈爾大學(xué)的費(fèi)教授、日內(nèi)瓦美國(guó)農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)研究局的科學(xué)家Gan Yuan Zhong和其他同事的后續(xù)討論中，他們將新的測(cè)序和組裝技術(shù)應(yīng)用到美國(guó)農(nóng)業(yè)部日內(nèi)瓦克隆庫(kù)的材料上，從而建立了更好的蘋果參考基因組，該克隆庫(kù)擁有世界上的蘋果標(biāo)本，這些材料中有許多可以追溯到絲綢之路。

在目前的工作中，研究人員對(duì)三種蘋果的全參考基因組進(jìn)行了測(cè)序、組裝和比較。其中包括：Gala（家蠅屬的商業(yè)品種）；蘋果的兩個(gè)主要野生祖細(xì)胞-歐洲海棠（M. sylvestris）和中亞野生蘋果（M. sieversii），它們合計(jì)占馴化蘋果基因組的90％。

研究結(jié)果為蘋果育種者提供了詳細(xì)的基因組圖譜，可以幫助他們種植出更好的蘋果?！拔覀兿腴_發(fā)新的基因組，特別是野生的祖先，因?yàn)樗鼈儗?duì)了解蘋果遺傳的多樣性和確定培育新品種的有用性狀有著巨大的影響，”Gan Yuan Zhong說。通過比較這三種基因組，研究人員能夠確定哪一種祖先物種產(chǎn)生了導(dǎo)致被馴化蘋果的許多性狀的基因。例如，研究小組發(fā)現(xiàn)，賦予蘋果松脆口感的基因位于蘋果易患藍(lán)霉的基因附近。費(fèi)教授說：“現(xiàn)在我們知道了這兩個(gè)基因組區(qū)域的確切位置，育種者可以找到一種方法來保留質(zhì)構(gòu)基因，培育或編輯藍(lán)霉基因，以生產(chǎn)出更抗病的品種?！毖芯啃〗M還收集了這三個(gè)物種的泛基因組，不同于一個(gè)基因組捕捉了所有物種的基因信息，泛基因組對(duì)于像蘋果這樣種類繁多的物種來說尤其重要。

研究小組在馴化的蘋果的泛基因組中鑒定出約50,000個(gè)基因，其中約2,000個(gè)在以前發(fā)布的蘋果物種參考基因組中不存在。費(fèi)教授說：“這些'缺失基因'真的很重要，因?yàn)樗鼈冎械脑S多基因決定了蘋果育種者感興趣的特征。”他們還使用了從Gala果實(shí)不同階段提取的RNA，還鑒定了與質(zhì)地，香氣和其他果實(shí)特性相關(guān)的基因，這些基因在兩個(gè)基因的拷貝之間優(yōu)先表達(dá)。

鐘說：“這讓我們和育種者對(duì)某一特定性狀的遺傳多樣性有了更深入的了解，這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)將有助于我們的團(tuán)隊(duì)更好地管理和管理美國(guó)農(nóng)業(yè)部日內(nèi)瓦克隆庫(kù)中的6000多份蘋果品種，并使我們能夠向育種者和其他研究人員提供與這些蘋果品種相關(guān)的重要遺傳和基因組信息?！?/p>

費(fèi)教授說：“研究小組正在計(jì)劃對(duì)其他野生蘋果物種進(jìn)行測(cè)序，這些物種可能具有寶貴的特征，可以提高馴化蘋果的抗逆性和適應(yīng)性?！?/p>

該研究得到了USDA-ARS和科學(xué)基金會(huì)的支持。