土里生山里長(zhǎng)蘋(píng)果“祖先”在新疆

王方

從古至今，如果說(shuō)哪一種水果能在神話、文學(xué)、宗教、科技、經(jīng)濟(jì)中皆占有一席之地，那便是蘋(píng)果。到了分子生物學(xué)時(shí)代，人們揭開(kāi)了現(xiàn)代蘋(píng)果的起源之謎。近日，發(fā)布于國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊上的一篇論文，充分證明了世界栽培蘋(píng)果源自我國(guó)新疆。

毫無(wú)疑問(wèn)，蘋(píng)果是溫帶水果之王。栽培蘋(píng)果的起源、演化和馴化規(guī)律是怎樣的？如何保護(hù)好、利用好新疆野蘋(píng)果資源？筆者為此采訪了該研究的領(lǐng)銜者、山東農(nóng)業(yè)大學(xué)教授陳學(xué)森。

種質(zhì)資源重要一環(huán)

早在西漢年間，《上林賦》《蜀都賦》中就有蘋(píng)果的記載，“楟柰厚樸”“杜樼栗柰”中的“柰”即為蘋(píng)果。到唐宋時(shí)期，又有了“蘋(píng)果”的稱(chēng)呼。不過(guò)，這種蘋(píng)果是我國(guó)早期種植的綿蘋(píng)果，并非現(xiàn)代人吃的栽培蘋(píng)果（西洋蘋(píng)果）。

直到1871年，由美國(guó)傳教士約翰·倪維思將西洋蘋(píng)果引入山東煙臺(tái)，之后推廣至全國(guó)，才開(kāi)創(chuàng)了我國(guó)蘋(píng)果栽培的新紀(jì)元。如今，我國(guó)年產(chǎn)蘋(píng)果4200多萬(wàn)噸，是世界上最大的蘋(píng)果資源、生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)。

事實(shí)上，蘋(píng)果也是世界溫帶地區(qū)栽培面積最大的果樹(shù)之一，其起源演化與人類(lèi)文明進(jìn)步密不可分，一直以來(lái)備受?chē)?guó)際蘋(píng)果研究界的廣泛關(guān)注。

“2009年之前，有研究認(rèn)為分布在中亞及我國(guó)天山山脈的新疆野蘋(píng)果，也叫塞威士蘋(píng)果，可能是世界栽培蘋(píng)果的祖先種。2010年，意大利科學(xué)家完成對(duì)蘋(píng)果基因組的測(cè)序，表明世界蘋(píng)果祖先種是塞威士蘋(píng)果?！标悓W(xué)森向筆者介紹。

從2011年開(kāi)始，陳學(xué)森領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)與美國(guó)康奈爾大學(xué)生物學(xué)教授費(fèi)章君密切合作。

中美科研團(tuán)隊(duì)在蘋(píng)果種質(zhì)資源研究方面取得重大突破。陳學(xué)森說(shuō)，“這項(xiàng)研究無(wú)論少了誰(shuí)也完不成，這是中美合作的一個(gè)很成功的例子?！?/p>

陳學(xué)森帶領(lǐng)山東農(nóng)業(yè)科學(xué)院副研究員段乃彬、新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)教授何天明從新疆新源縣、鞏留縣，以野生資源的采樣辦法，從大山里采集了15份野蘋(píng)果資源。此外，還與中國(guó)農(nóng)科院果樹(shù)研究所國(guó)家蘋(píng)果種質(zhì)資源圃等單位溝通，由其提供我國(guó)15份特色蘋(píng)果資源。

30份種質(zhì)資源在我國(guó)一家基因公司進(jìn)行分析后，再送至美國(guó)開(kāi)展合作研究。由此，來(lái)自我國(guó)的蘋(píng)果種質(zhì)資源，尤其是新疆塞威士蘋(píng)果為世界栽培蘋(píng)果起源研究補(bǔ)上重要一環(huán)，為下一步工作打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

完美水果的源頭

“這項(xiàng)研究對(duì)世界主要蘋(píng)果種質(zhì)資源進(jìn)行了重測(cè)序分析，在分子水平上揭示了蘋(píng)果起源、演化和馴化的規(guī)律，并證明世界栽培蘋(píng)果起源于我國(guó)新疆。”陳學(xué)森介紹。

兩支科研隊(duì)伍利用高通量測(cè)序及生物信息學(xué)技術(shù)，對(duì)由中國(guó)大陸沿著絲綢之路包括亞洲、歐洲、美洲等廣大范圍內(nèi)采集的分屬24個(gè)種的117份蘋(píng)果種質(zhì)資源，進(jìn)行了全基因組重測(cè)序、單核苷酸的多態(tài)性（SNP）基因型鑒定及群體遺傳學(xué)分析。

借助群體遺傳分析，明確了蘋(píng)果的親緣關(guān)系及遺傳構(gòu)成。該研究確認(rèn)全世界蘋(píng)果的共同祖先是新疆野蘋(píng)果，歐洲的森林蘋(píng)果作為重要的基因貢獻(xiàn)者與現(xiàn)代蘋(píng)果之間存在大規(guī)?；驖B透。

陳學(xué)森表示，“我們?cè)谘芯恐邪l(fā)現(xiàn)，我國(guó)新疆境內(nèi)的塞威士蘋(píng)果保持較高的同源性、最原始，而同屬中亞地區(qū)哈薩克斯坦境內(nèi)的塞威士蘋(píng)果基因雜合度則相對(duì)較高。這充分說(shuō)明，世界栽培蘋(píng)果起源于我國(guó)新疆?！?/p>

那么，世界蘋(píng)果的共同祖先是如何在全球進(jìn)化的呢？新疆塞威士蘋(píng)果野生種沿古絲綢之路向西交流，逐漸演化形成當(dāng)今的世界栽培蘋(píng)果（西洋蘋(píng)果）。在此過(guò)程中，經(jīng)歷多年栽培，蘋(píng)果果實(shí)質(zhì)地增強(qiáng)、酸度降低，最終進(jìn)化為酸甜可口的完美水果，向世界傳播。山東作為西洋蘋(píng)果登陸我國(guó)的第一站，生產(chǎn)的蘋(píng)果皮薄肉細(xì)汁液多。

隨著民族交往的增加，新疆塞威士蘋(píng)果在向東交流中，與山荊子等野生蘋(píng)果種雜交、馴化而產(chǎn)生了我國(guó)早期的綿蘋(píng)果，為綿蘋(píng)果在我國(guó)如何演化提供了明確答案。如果查閱我國(guó)綿蘋(píng)果的記載，會(huì)發(fā)現(xiàn)它的栽培以西部地區(qū)為多。古時(shí)柰“西部佳果”的文史形象，與現(xiàn)在陳學(xué)森的科學(xué)研究隱約呼應(yīng)。

此外，在果實(shí)大小進(jìn)化方面，該研究首次提出了二步馴化模型。在遺傳背景方面，研究表明，由于蘋(píng)果的自交不親和特性、歐洲森林蘋(píng)果等多種源基因的大規(guī)模滲透，導(dǎo)致栽培蘋(píng)果雖經(jīng)幾千年人為馴化也并不存在育種的“基因瓶頸”，具有良好的遺傳多樣性及育種潛力。

技術(shù)支撐蘋(píng)果產(chǎn)業(yè)

陳學(xué)森團(tuán)隊(duì)這一成果對(duì)推動(dòng)蘋(píng)果種質(zhì)資源保護(hù)和利用，以及遺傳育種提供了重要的理論與技術(shù)支撐，這也標(biāo)志著我國(guó)在該領(lǐng)域的研究居國(guó)際領(lǐng)先水平。

“世界上許多國(guó)家都將蘋(píng)果作為主要消費(fèi)果品而大力推廣?！标悓W(xué)森表示，我國(guó)是蘋(píng)果大國(guó)，但產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨一些亟待解決的問(wèn)題，如勞動(dòng)力成本高、品種結(jié)構(gòu)不合理等。

調(diào)研結(jié)果表明，在過(guò)去幾十年國(guó)內(nèi)外育成的1000多個(gè)蘋(píng)果品種，80%是“金帥”“元帥”及“國(guó)光”品種的雜交、實(shí)生或芽選后代。這種“近親繁殖”往往帶來(lái)品種的遺傳基礎(chǔ)變窄、遺傳脆弱性加大及適應(yīng)性與抗逆性減退。品質(zhì)與抗逆育種是果樹(shù)育種的重要方向?！拔覈?guó)將來(lái)需要更具特色、多樣、優(yōu)質(zhì)、抗逆的蘋(píng)果品種，這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)需要從野生資源中挖掘?！标悓W(xué)森說(shuō)。

新疆野蘋(píng)果及其紅肉變型是世界栽培蘋(píng)果的祖先種，不僅遺傳多樣性豐富，而且果實(shí)富含類(lèi)黃酮等營(yíng)養(yǎng)保健成分，是進(jìn)行抗逆和品質(zhì)育種的重要基因庫(kù)。圍繞新疆野蘋(píng)果資源的保護(hù)、發(fā)掘、創(chuàng)新與利用開(kāi)展攻關(guān)，成為陳學(xué)森重要的工作。

近年來(lái)，陳學(xué)森及其團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了新疆紅肉蘋(píng)果與蘋(píng)果品種雜種一代、二代分離群體，明確了新疆野蘋(píng)果遺傳多樣性特征及性狀遺傳變異特點(diǎn)，提出了蘋(píng)果類(lèi)黃酮生物合成的轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，創(chuàng)建了“果樹(shù)多種源品質(zhì)育種法”“易著色蘋(píng)果品種培育法”及“三選兩早一促的蘋(píng)果育種法”等優(yōu)質(zhì)高效育種技術(shù)體系，提出了“果樹(shù)三芽二度一單軸快速整形早期豐產(chǎn)栽培法”及“三位一體的中國(guó)式蘋(píng)果寬行高干省力高效栽培法”等優(yōu)質(zhì)高效配套栽培技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)了良種與良法配套，加速了新品種的推廣應(yīng)用。

蘋(píng)果藥食同源，對(duì)人類(lèi)健康有益?！疤O(píng)果中游離多酚（類(lèi)黃酮）含量較高，這種物質(zhì)有很好的抗氧化、預(yù)防心腦血管疾病及抗腫瘤等功能。”陳學(xué)森團(tuán)隊(duì)不僅育成高類(lèi)黃酮蘋(píng)果新品系，還研發(fā)高類(lèi)黃酮蘋(píng)果酒等系列產(chǎn)品。

“研究的目標(biāo)是希望更有效地解決產(chǎn)業(yè)問(wèn)題，我們的研究將來(lái)或可為中國(guó)蘋(píng)果品種結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整提供支撐。”陳學(xué)森表示。endprint