桃汁多、味美，受到全世界廣大消費者的喜愛。然而，長期選育多以大果、高糖和耐貯藏為目標，導致消費者反映桃果實香氣淡、“沒桃味”。
目前，全球95%以上的栽培品種均直接或間接來源于中國的“上海水蜜”。科學家試圖從早期桃品種中挖掘果實香味基因，找回桃味兒。
7月26日，《植物雜志》（ The Plant Journal ）在線發表了中國農業科學院鄭州果樹研究所研究員曹珂和王力榮為通訊作者的最新研究論文。他們重新組裝了我國重要的地方品種“早上海水蜜”的基因組，并鑒定出與果實香味相關的關鍵基因。
王力榮告訴《中國科學報》，早在公元前1世紀，桃經絲綢之路由中國傳播到波斯乃至西亞各國，然后傳至歐洲地中海國家。隨著新大陸的發現，桃被帶到南美，然后引入墨西哥。
實際上，全球95%以上的栽培品種均直接或間接來源于中國的“上海水蜜”。這次測序的“早上海水蜜”屬于“上海水蜜”品種群的代表品種之一。因此，“早上海水蜜”的測序，將對研究桃近代育種歷史和發掘重要育種相關性狀的基因具有重要意義。
曹珂介紹，利用基因組是研究果實重要農藝性狀的有力工具。然而，目前桃參考基因組是對砧木品種“Lovell”測序而來，該種質在世界桃的育種歷史中并不多見，對分析育成品種香氣成分的遺傳機制可能存在影響。
該研究首先利用二代Illumina、三代PacBio和Hi-C測序技術完成了“早上海水蜜”的基因組組裝，其Scaffold N50達到29.68 Mb，略高于參考基因組“Lovell”的27.37 Mb。但“早上海水蜜”基因組間隙（gap）數量為165個，明顯少于“Lovell”的2090個。功能注釋顯示，“早上海水蜜”基因組有26335個基因，其中97.3%的基因可以通過注釋預測其功能。
將“早上海水蜜”基因組與參考基因組比較，共鑒定出685407個單核苷酸多態性、162655個插入和缺失，以及16248個結構性變異。基因家族比較顯示，“早上海水蜜”基因組有635個特有的基因家族，超過5個拷貝的基因家族達到26個。分析擴張和收縮的基因家族表明，編碼黃酮、黃酮醇、類黃酮和單萜的基因家族明顯收縮。
利用新組裝的“早上海水蜜”基因組，該研究完成了256份桃種質在2015年和2016年連續2年揮發性物質含量的關聯分析。
結果發現，與果實香氣相關的3種醛，己醛、(E)-2-己烯醛和苯甲醛，以及2種內酯，壬內酯和δ-十四內酯，其含量在育成品種中相對于野生種質降低18.3%~90.7%，可能是造成現代桃香氣降低的主要原因。
利用上述鑒定到的共28種揮發性物質，該研究團隊在2年間分別鑒定到83和131個揮發性物質的數量性狀位點。其中與7種揮發性狀物質關聯的25個數量性狀位點受到人工選擇，這可能解釋了揮發性物質在不同品種群之間存在差異的分子遺傳基礎。
研究者對第6染色體上的揮發性物質的數量性狀位點熱點進行了深入分析。通過對該區間內候選基因表達與9種揮發性物質的含量進行相關性分析，研究者發現，1個編碼重金屬相關異戊二烯化植物蛋白和1個編碼α-L-巖藻糖苷酶的基因被認為是這些代謝物的關鍵基因。
此外，他們還鑒定了讓桃具有“花香型”的物質芳樟醇的關鍵基因。在其定位區間的14個基因中，1個編碼萜烯合成酶的基因隨著果實成熟表達量持續升高，與芳樟醇含量的變化一致。
該研究是該團隊“千份桃種質測序計劃”和“薔薇科種質測序計劃”的重要進展，研究結果對研究桃的進化和優異基因發掘以及未來的分子標記輔助育種具有重要的研究價值。
該項工作得到了國家重點研發計劃和中國農科院創新工程的資助。
相關論文信息：https://doi.org/10.1111/tpj.15439
