Genom liczi opowiada barwną historię o kolorowym owocu tropikalnym

Są kłujące na zewnątrz, słodkie w środku i uwielbiane za charakterystyczne różowe muszle i pachnące, perłowe owoce. W Stanach Zjednoczonych można je spotkać jako pyszny składnik herbaty bąbelkowej, lodów lub koktajli. Można je również obrać i zjeść na świeżo.

Od tego czasu liczi uprawia się w Chinach Antyk, z zapisami dotyczącymi rolnictwa sięgającymi około 2000 lat. Świeże liczi były obiektem tego pragnienia tak bardzo, że w czasach dynastii Tang cesarz ustanowił sztafet poświęcony koniom, aby dostarczać na cesarski dwór owoce z upraw uprawianych na dalekim południu.

Teraz naukowcy wykorzystali genomikę, aby zagłębić się w historię liczi. W trakcie tego procesu odkryli także spostrzeżenia, które mogą pomóc w kształtowaniu przyszłości gatunku.

„Lytchi to ważna tropikalna uprawa rolnicza z rodziny Sapindaceae (klon i kasztanowiec) i jest to jedna z najważniejszych ekonomicznie upraw owocowych uprawianych w Azji Wschodniej, szczególnie pod względem rocznych dochodów rolników z południowych Chin”, mówi Jianguo Li dr hab., profesor w Kolegium ogrodnictwa na Południowochińskim Uniwersytecie Rolniczym (SCAU) i główny autor badania. „Dzięki sekwencjonowaniu i analizowaniu dzikich i uprawnych gatunków liczi byliśmy w stanie prześledzić pochodzenie i historię udomowienia liczi. Wykazaliśmy, że wczesne i bardzo późne odmiany liczi wywodzą się z niezależnych wydarzeń udomowienia człowieka odpowiednio w Yunnan i Hainan”.

Ponadto „Zidentyfikowaliśmy konkretny wariant genetyczny, usunięte rozszerzenie materiału genetycznego, który można opracować jako prosty biomarker do badań przesiewowych odmian liczi o różnym czasie kwitnienia, co ma istotny wkład w przyszłe programy hodowlane” – dodaje dr Rui Xia. D. , profesor na tym samym wydziale SCAU i inny starszy autor badań.

„Jak puzzle układamy razem historię tego, co ludzie zrobili z liczi” – mówi dr Victor Albert, biolog ewolucyjny z University of Buffalo, który jest również jednym z głównych autorów badania. „Oto główne historie, które opowiadają nasze badania: pochodzenie liczi, idea oddzielnego udomowienia i odkrycie delecji genetycznych, które naszym zdaniem powodują różne rodzaje owoców i kwiatów w różnym czasie”.

Badanie zostanie opublikowane 3 stycznia o godz genetyka przyrody. Projekt był prowadzony przez SCAU we współpracy z dużym międzynarodowym zespołem z Chin, Stanów Zjednoczonych, Singapuru, Francji i Kanady.

Starsi autorzy to Rui Xia, Jianguo Li i Hubin Chen z SCAU; Ray Meng z Uniwersytetu Illinois w Urbana-Champaign; I Victor Albert z B. University. Pierwszymi autorami są Guibing Hu, Junting Feng, Chengming Liu i Zhenxian Wu z SCAU; Xu Xiang z Akademii Nauk Rolniczych w Guangdong; Jiabao Wang z Chińskiej Akademii Tropikalnych Nauk Rolniczych; oraz Jarko Salojarvi z Uniwersytetu Technologicznego Nanyang.

Bardzo lubiany owoc, niejednokrotnie udomowiony

Aby przeprowadzić badanie, naukowcy stworzyli wysokiej jakości „genom referencyjny” popularnej odmiany liczi o nazwie „Feizixiao” i porównali jej DNA z DNA innych dzikich i uprawnych gatunków. (Wszystkie odmiany należą do tego samego gatunku, Litchi chinensis.)

Badania pokazują, że drzewo liczi, Litchi chinensis, było prawdopodobnie udomowione więcej niż jeden raz: dzikie liczi pochodzi z prowincji Yunnan w południowo-zachodnich Chinach, rozprzestrzeniło się na wschód i południe na wyspę Hainan, a następnie zostało udomowione niezależnie w każdym z tych dwóch miejsc. do analizy. .

W Yunnanie zaczęto sadzić odmiany bardzo wcześnie kwitnące, aw Hainan odmiany późno kwitnące, które owocują później w ciągu roku. W końcu krzyżowanie się taksonów z tych dwóch regionów doprowadziło do hybrydyzacji, w tym odmian, takich jak „Feizixiao”, które są nadal bardzo popularne.

Dokładny czas tych wydarzeń jest niepewny. Na przykład badanie sugeruje, że ewolucyjny podział między populacjami L. chinensis w Yunnan i Hainan, który miał miejsce przed udomowieniem, mógł mieć miejsce około 18 000 lat temu. Ale to tylko szacunki. Możliwe są inne rozwiązania. Niemniej jednak analiza dostarcza fascynującego wglądu w historię ewolucyjną liczi i ich związek z ludźmi.

Kiedy kwitnie to drzewo liczi? Prosty test genetyczny może nam powiedzieć

Badanie nie tylko dodaje nowe rozdziały do ​​historii liczi; Zapewnia również dogłębne spojrzenie na czas kwitnienia, bardzo ważną cechę w uprawie.

„Wczesne dojrzałe i późne liczi pochodziły z różnych miejsc i zostały udomowione niezależnie” – mówi dr Albert, profesor Empire Innovation in Biological Sciences w College of Arts and Sciences University of Buffalo. „To samo w sobie jest ciekawą historią, ale chcieliśmy również poznać przyczyny tych różnic: dlaczego te odmiany owocują i kwitną w różnym czasie?”

Porównując DNA kilku odmian liczi, zespół zidentyfikował wariant genetyczny, który można wykorzystać do stworzenia prostego testu do identyfikacji wczesnych i późnych roślin liczi.

Wariant to delecja — brakujący fragment DNA — zlokalizowany w pobliżu dwóch genów powiązanych z kwiatami i może pomóc kontrolować aktywność jednego lub obu.

Odmiany Yunnan, które kwitną zbyt wcześnie, są pomijane, odziedziczone po obojgu rodzicach. Późno dojrzewające odmiany Hainan w ogóle go nie mają. Feizixiao – hybryda z mniej więcej równymi ilościami DNA z każdej z dwóch grup regionalnych – jest „heterozygotyczna” pod względem delecji, co oznacza, że ​​ma tylko jedną kopię odziedziczoną od jednego rodzica. Jest to logiczne, ponieważ Feizixiao kwitnie wcześnie, ale nie za wcześnie.

„Jest to bardzo korzystne dla hodowców”, mówi Albert. „Ponieważ liczi łatwo się psuje, czas kwitnienia był ważny dla wydłużenia sezonu, w którym liczi jest dostępne na rynkach”.

Sekwencjonowanie genomu liczi to dopiero początek

Zespół SCAU rozpoczął badanie genomu liczi w ramach większego projektu, który ma na celu poszerzenie naszej wiedzy o DNA ważnych roślin kwiatowych z tej samej rodziny, Sapindaceae.

„Sapindaceae to duża rodzina, która obejmuje wiele ważnych gospodarczo roślin” – mówi Xia. „Do tej pory tylko kilka z nich, w tym liczi, longan, rambutan, żółty róg i klon, zsekwencjonowano pełne genomy”.

„My, College of Horticulture w SCAU, pracujemy nad dużym wspólnym projektem sekwencjonowania bardziej rodzimych i ekonomicznie ważnych gatunków Sapindaceae w Chinach, takich jak rambutan, sapindus (malina) i winorośl, w celu przeprowadzenia szerokich i kompleksowych badań genomika porównawcza genomiki Sapindaceae” – dodaje Chia. „Głównymi zainteresowaniami badawczymi będą między innymi kwitnienie, wtórny metabolizm, który prowadzi do smaków i zapachów oraz rozwoju kwiatów i owoców”.