橡胶树驯化遗传机制解析取得重大突破基因

科技日报记者 王祝华

8月5日，记者从中国热带农业科学院获悉，该院橡胶研究所田维敏教授团队联合中国科学院遗传与发育生物学研究所李家洋院士团队、梁承志研究员团队，近日在国际学术期刊《自然通讯》上发表“橡胶树驯化的基因组学研究”研究论文，系统阐明了橡胶树早期驯化的遗传基础，揭示了增加的乳管列数量是橡胶树早期驯化的主效性状，并通过全基因组关联分析（GWAS）鉴定到调控乳管数量的驯化基因。该研究系统分析了橡胶树150年驯化的分子机制，对橡胶树高产育种及其他产胶植物的快速驯化均具有重要的指导意义。

橡胶树是世界天然橡胶的主要来源。经过一百余年的选择和改良，目前四生代无性系热研8-79的产量是未经选择实生树的4倍左右，但其驯化的遗传基础有待解析。论文共同第一作者、中国热带农业科学院橡胶研究所的晁金泉副研究员介绍，虽然此前学界已发布了多个版本的橡胶树基因组，但基因组组装质量不理想，碎片化严重，大大限制其在群体遗传学研究中的应用。

为了揭示橡胶树驯化分子事件，研究人员首先构建了迄今质量最高的橡胶树基因组以及覆盖最广的橡胶树基因组变异图谱。通过群体结构分析后证实，上百年的驯化已经在基因组上留下了选择痕迹。通过对栽培种和来自马托格罗索州的野生种对比分析，鉴定到数十个与产量相关基因，栽培种这些基因的核苷酸多态性明显低于野生种，并出现了优势单倍型。

树干树皮中的次生乳管密切联系着天然橡胶生产，是橡胶树产量形成的结构基础。与野生种相比，栽培种的橡胶产量显著提高。研究发现，栽培种的次生乳管列数量远多于野生种，而橡胶合成效率差异性不大，表明乳管是橡胶树早期驯化的目标性状。

为进一步揭示调控乳管分化的关键基因，研究人员对208份橡胶树种质材料进行GWAS分析发现，HbPSK5基因在形成层区域特异表达。该基因的启动子区域存在一个与乳管数量密切关联的SNP（G/A），乳管多的种质基因型GG比例要远远高于乳管少的种质，群体分析进一步显示GG基因型在橡胶树育种过程中得到了选择。此外，通过实验形态学的手段，证明人工合成的磺肽素可以有效诱导次生乳管形成。研究人员揭示了5个HbMYC成员可转录激活该基因的启动子。在橡胶草生产过程中表达HbPSK5及其转录激活因子HbMYC26均可以显著促进橡胶草根部乳管形成，进而提高天然橡胶含量。