《Nature Genetics》甜橙起源揭秘与抗病新品种从头驯化：解锁柑橘产业新未来

为解决甜橙（Citrus sinensis）遗传背景单一、易染病问题，华中农业大学的研究人员开展起源及抗病品种驯化研究，明确起源并育出抗病甜橙。他们的研究成果发表在《Nature Genetics》上，为甜橙种植产业带来了新的希望。

　　

### 甜橙研究：探索起源，培育抗病新品种
在水果的世界里，甜橙凭借其多汁的口感和丰富的营养，成为全球备受喜爱的水果之一。然而，甜橙的种植面临着严峻的挑战。由于大多数甜橙品种源自体细胞突变，遗传背景单一，这使得它们在面对病害时极为脆弱。柑橘溃疡病（citrus canker）就是甜橙的一大 “劲敌”，由柑橘黄单胞菌柑橘致病变种（Xanthomonas citri subsp. citri，Xcc）引起，一旦发病，会给柑橘产业带来巨大损失。为了控制这种病害，果农们每年不得不使用大量的杀菌剂和铜相关化学品，但这不仅增加了成本，还会随着时间推移效果变差，更会引发生态问题。因此，培育抗病的甜橙品种迫在眉睫。

在这样的背景下，华中农业大学的研究人员勇挑重担，开展了一系列深入研究。他们的研究成果发表在《Nature Genetics》上，为甜橙种植产业带来了新的希望。

研究人员在此次研究中运用了多种关键技术方法。首先是基因组测序技术，对 226 份柑橘种质进行测序，并成功组装出甜橙和酸橙的端粒到端粒分相二倍体基因组；其次是比较基因组分析，通过对不同柑橘品种的基因组进行对比，探究它们之间的遗传关系；还有代谢物筛选技术，用于寻找与抗病相关的代谢物。研究样本主要来源于中国南方，包括野生、栽培和杂交的柑橘资源。

下面让我们深入了解一下这项研究的具体成果：

1. 中国南方酸橙的多样性：研究人员发现，中国南方包含南岭山脉、沅江和武陵山脉（NYW）的地区，柑橘资源丰富，酸橙的多样性尤为突出。通过主成分分析（PCA）、系统发育分析和核苷酸多样性（π）分析等手段，研究人员发现该地区酸橙的遗传多态性最高，且与甜橙关系密切。例如，所有甜橙在 PCA 图上聚为一点，更靠近 NYW 地区的酸橙组。此外，研究还发现酸橙的基因组几乎都是杂合的，来自于橘（mandarin）和柚（pummelo）的杂交，而甜橙与酸橙的区别在于甜橙含有更多来自橘的纯合片段123。

2. 甜橙和酸橙的端粒到端粒基因组：为了弄清楚甜橙的遗传起源，研究人员独立获得了甜橙和酸橙的单倍型解析端粒到端粒基因组，并组装了 4 个代表性柑橘种质的染色体水平基因组。在甜橙基因组的组装过程中，研究人员使用了 PacBio 高保真（HiFi）长读长和 Nanopore 超长读长数据，结合 Hi-C 数据将组装的重叠群构建到假染色体上，填补了之前基因组组装的所有 27 个缺口，得到了高度杂合的分相端粒到端粒基因组。对酸橙基因组的组装也采用了类似的技术，进一步支持了酸橙是橘和柚杂交后代的观点45。

3. 甜橙的起源：通过对 305 份柑橘种质的全基因组重测序数据进行分析，研究人员确定了甜橙的起源。基于聚类和亲属关系，酸橙被分为三组，其中一组酸橙（‘SSO2’簇）与甜橙密切相关。通过身份状态一致性（IBS）和血缘一致性（IBD）分析等方法，研究人员推测甜橙起源于古代酸橙和类似 Ponkan 橘的杂交，且酸橙可能是甜橙的母本。此外，研究人员还通过人工杂交实验验证了这一模型67。

4. 向甜橙中引入多样性：为了验证甜橙的起源模型并引入多样性，研究人员以抗柑橘溃疡病的酸橙‘ZGSC’为母本，Ponkan 橘为父本进行杂交实验。通过胚胎拯救技术获得了 892 个杂种，经过验证其中 215 个为真正的杂种。这些杂种在果实品质和抗病性方面表现出广泛的变异，部分杂种在主成分分析中与商业甜橙相似，其果实形状、果皮颜色、种子数量和果实风味等特征也与甜橙相近。这表明研究人员成功获得了多样化的甜橙杂种，支持了甜橙起源于酸橙和橘杂交的模型89。

5. 筛选抗溃疡病甜橙的代谢物：研究人员探究了酸橙对 Xcc 抗性的分子基础，发现抗性并非由 CsLOB1 介导。通过比较代谢组学分析，研究人员在抗 Xcc 的杂种叶片中鉴定出 215 种含量显著较高的代谢物。进一步对 16 种典型化合物进行抗菌活性评估，发现其中 13 种对 Xcc 有抑菌作用，尤其是香豆素代谢物瑞香素（daphnetin）和七叶亭（esculetin），对 Xcc 的抑菌率超过 60%，且对其他多种病原菌也有抑制作用。通过代谢分析筛选出的 5 个杂种积累了较高水平的瑞香素和 o - 阿魏酰基 2 - 羟基香豆素，其中 3 个对柑橘溃疡病具有抗性，1 个接近抗性103。

研究人员通过深入研究，明确了甜橙起源于酸橙和类似 Ponkan 橘的杂交，并且利用这一成果，通过杂交实验和代谢物筛选，成功培育出具有抗病性的甜橙杂种。这一研究成果不仅为甜橙的遗传改良提供了理论基础，也为多年生作物的从头驯化提供了新的策略。未来，有望利用这些抗病甜橙品种，减少杀菌剂的使用，推动柑橘产业的可持续发展。同时，研究中发现的具有抗菌活性的代谢物，也为开发环保型杀菌剂提供了新的方向。