研究揭示三类咖啡原种资源的基因组遗传分化

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  近日,中国热带农业科学院香料饮料研究所咖啡资源育种研究团队、中国科学院水生植物与流域生态重点实验室副研究员石涛联合在植物分子生物学领期刊Plant Molecular Biology上发表最新研究论文,揭示了三类咖啡原种资源的基因组遗传分化。

  咖啡树起源于非洲埃塞俄比亚西南部的高原地区,近几百年来迅速成为世界第一大饮料作物。目前主要栽培的咖啡包括小粒种(Coffea arabica)、中粒种(C. canephora)以及埃塞尔萨种(C. excelsa)等。其中,小粒种为异源四倍体,而中粒种和埃塞尔萨种为二倍体。小粒种(阿拉比卡种)在三原种中风味品质最佳,兼具香味和酸味。

  然而,主导咖啡种小粒种咖啡易受病害干扰,从而影响了品质和产量,其原因可能是其遗传多样性较低。目前,为了培育优质、抗病的小粒咖啡品种,研究者致力于将具有特殊风味物质和抗病等优异性状关联的等位基因或染色体片段从其它咖啡种导入主导种小粒种,而在全基因组范围剖析三大类咖啡遗传资源的种间遗传分化及进化关系是咖啡分子育种的关键步骤。

  因此,研究团队对引种的20多个国家的三大类群咖啡的93份核心资源进行全基因组重测序分析,找到15367960个单核苷酸多态性(SNPs)。通过种群进化、群体遗传分层分析发现三大遗传咖啡类群高度分化,小粒种与其亲本之一(中粒种)遗传类群亲缘关系较近;遗传多样性及遗传分化全基因组扫描发现,在三大类群咖啡分化过程中有部分基因在单个种进化中独立选择,有少数基因是在多个分化过程中同时受到平行选择,而这些基因所受选择可能参与了三个咖啡种的适应性进化。

  同时,科研人员进一步分析了已报道的与咖啡因和风味物质合成相关的基因的SNP位点在三个遗传类群分化过程中的差异,发现一些影响咖啡风味的脂类合成相关的SNPs在不同物种间表现出显著的等位基因频率偏差。该结果为咖啡优异性状候选基因挖掘、亲本选配等咖啡分子辅助育种提供理论分子依据。

  相关论文信息:https://doi.org/10.1007/s11103-020-00974-4

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