中国农业大学科研院 科技论文 园艺学院韩振海教授团队揭示苹果属数千万年演化轨迹 发布遗传多样性全景图

近日，中国农业大学园艺学院韩振海教授团队在 Nature Genetics 发表研究成果，基于30份苹果属植物高质量基因组，系统解析了苹果属数千万年的演化历程，并构建首个苹果属图形泛基因组，发布苹果属遗传多样性全景图。

苹果属（ Malus ）植物倍性复杂，分布横跨欧亚、美洲等多个地理区域，是研究基因组多倍化与杂交的重要木本植物类群。全基因组加倍（WGD）是推动物种分化的重要动力，然而栽培苹果（ Malus domestica ）近期经历的WGD事件对该属其他物种的影响尚不明确，种间基因组的进化关系亦有待系统解析。作为重要的温带果树，栽培苹果的遗传基础相对狭窄，主要依赖少数亲缘关系密切的品种，导致其在应对环境变化、病虫害防控等方面面临严峻挑战。因此，系统挖掘和利用野生苹果属植物的基因组资源，对于深入理解该属植物的进化历史，解析重要农艺性状的遗传基础，以及培育具有广泛适应性和抗逆性的优良品种，具有重要科学意义与应用价值。

韩振海团队测序并组装了30份苹果属植物的高质量基因组，涵盖20个二倍体和10个多倍体物种，代表关键的系统发育分支和地理分布区域。通过系统发生基因组学与进化生物学分析，构建了苹果属物种系统发育关系和基因组进化模型。研究表明，苹果属可划分为七支系统发育类群，其起源可追溯至约5600万年前的亚洲地区。苹果属经历的苹果族（Maleae）早期WGD事件所产生的大量重复基因在后续的物种分化中被差异性地保留，影响基因组结构与功能的演变。基于系统发育基因组学的苹果属泛基因组研究进一步揭示，苹果属内部曾发生的一次古杂交事件影响到包括多个多倍体分支在内的多数苹果属物种，伴随广泛的其他种间基因渗透，共同塑造了苹果属丰富的遗传多样性。

研究构建了图形泛基因组，鉴定出物种特异的结构变异，并开发了一套选择清除分析流程用于挖掘与驯化相关的关键基因位点。在抗病基因鉴定方面，图形泛基因组分析发现，多花海棠（ Malus floribunda ）的 Rvi6 基因区域的 SCAB-R 结构变异与抗苹果黑星病密切相关。此外，新开发的选择清除分析流程成功鉴定到影响苹果耐寒性和抗病性的关键驯化基因 MdMYB5 。研究发现，该基因启动子区的特异突变降低了其表达水平，可能导致栽培苹果在恶劣环境中的适应能力下降。上述关键遗传位点的发现不仅深化了对苹果驯化过程中功能性变异的理解，也为培育抗逆苹果品种提供了重要的基因资源。

这是韩振海团队继2024年发表我国苹果学及世界果树砧木领域首篇 Nature Genetics 论文、破解砧木致矮机制后的又一突破性成果。研究进一步拓展了视角，从单个性状解析迈向对整个苹果属进化与遗传多样性的系统探索，不仅将推动苹果育种从传统经验模式向精准设计育种的转变，也为多年生果树的基因资源挖掘和精准改良提供了新范式。

中国农业大学李威教授、美国哈佛大学初冲博士、美国宾夕法尼亚州立大学博士后张太奎、中国农大博士研究生孙昊宸、王世尧以及西北农林科技大学博士生刘泽远为本文共同第一作者，韩振海教授、美国宾夕法尼亚州立大学马红教授、初冲博士、北京化工大学韩永明教授、新西兰皇家植物与食品研究所Cecilia H. Deng博士、西北农林科技大学管清美教授为共同通讯作者。中国农业大学研究生王子俊、李慧、李玉琪以及熊瑶、李会霞、周博文等参与了相关工作。本研究得到国家现代农业产业技术（苹果）体系、中国农业大学2115人才培育计划、国家自然科学基金、国家重点研发计划、拼多多-中国农业大学研究基金、111计划等项目支持。

中国农业大学韩振海教授团队长期聚焦果树遗传育种中的核心科学问题，围绕苹果属系统进化机制解析与矮化多抗砧木育种技术创新，持续攻克“种质资源匮乏”、“关键性状改良周期长”等制约产业发展的瓶颈问题。团队系统建立了以苹果属进化研究和精准分子改良双向驱动的砧木育种创新体系，推动我国多年生果树育种走向精准设计的新阶段。通过构建全球首个苹果属图形泛基因组，重塑其数千万年演化轨迹，揭示了矮化抗逆等关键性状核心结构变异，为功能基因解析与精准育种提供了理论支撑。围绕砧木矮化抗逆机制解析、功能标记开发和快繁体系构建，团队育成“中砧”系列自根矮化、多抗砧木新品种，打破了长期对进口资源的依赖。相关成果发表于 Nature Genetics 等国际权威期刊，获得国家科技进步二等奖，团队已发展为引领我国苹果基础研究与品种创新领域协同突破的重要科研力量。

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