北京时间2025年3月5日，《自然·遗传学》（Nature Genetics）杂志在线发表了华中农业大学园艺林学学院、果蔬园艺作物种质创新与利用全国重点实验室徐强教授团队的研究成果“Origin and de novo domestication of sweet orange”（《甜橙起源与从头驯化》）。该研究利用全基因组信息精细解析了甜橙的起源模型，同时建立柑橘快速从头驯化的分子育种途径，为多年生果树的快速育种提供案例；鉴定了调控柑橘品质与抗性形成的关键代谢物，阐明通过组织特异性实现果实品质与抗性的协同改良策略，为快速驯化获得兼顾优质和重大病害抗性的新种质提供了重要理论依据。
甜橙（Citrus sinensis），作为世界上栽培面积最广、产量最高的柑橘品种之一，以其甜美多汁的口感和丰富的营养价值深受消费者喜爱，广泛应用于鲜食和果汁加工等领域。然而，甜橙的起源一直存在争议，甜橙被认为来源于橘（C. reticulata）和柚（C. maxima）两个物种的种间杂交，但具体是如何起源的并不明晰。本课题组前期在我国南方发现了栽培甜橙驯化前的原型——高酸的甜橙，根据基因组分析推测甜橙起源于我国南方（发表于Nature Plants 2021）。
为了进一步明确甜橙是如何起源的，该研究首先系统收集了高酸甜橙周围的柑橘地方和野生资源，集并测序了118个野生和地方品种、76个栽培品种和32个杂交材料，组装了甜橙和酸橙的端粒到端粒分型基因组和四个相关柑橘品种的染色体水平高质量基因组。基于高分辨率的基因组分析精细推断了野生-栽培柑橘的亲缘关系，明确甜橙来源于酸橙（野生柑橘）×椪柑（现代栽培柑橘），为解决甜橙起源的长期争议问题提供了丰富的种质资源和遗传证据。
受制于无融合生殖以及大多采用嫁接进行无性繁殖的手段，甜橙在驯化过程中主要依赖于体细胞变异（芽变）产生了不同果实颜色、风味、大小、成熟期等200多个栽培品种。然而甜橙无性系变异群体的遗传多样性非常低，99.99%序列一致，导致其对环境特别是重大病害敏感。如何精准、高效以及快速获得重大病害的抗性，对于柑橘产业绿色高质量发展具有重要意义。
研究从源头开始，模拟甜橙起源的过程开展从头驯化工作，首先通过有性过程极大丰富遗传多样性，再通过无融合生殖及嫁接手段固定优良基因型，从而建立了柑橘快速从头驯化的分子育种途径。第一步，搭建多组学设计育种平台，构建分子育种体系所需要的从基因型到表型的规模化数据。第二步，核心种质的发掘与鉴定，开展大范围野生资源与栽培柑橘资源的抗性与品质等性状评价。第三步，基于高精度的基因组分析构建野生柑橘资源与栽培品种的系谱关系数据库，为野生资源的有效利用和其他重要柑橘品种的改良提供重要支撑。第四步，选配符合育种目标的亲本进行杂交授粉，利用高度杂合与无融合生殖的特点获得多样性并快速固定。第五步，开发柑橘20K液相育种芯片（专利号：ZL202311479129.0）等高效育种技术提升育种效率，实现低成本、高通量的基因分型与苗期性状预测与筛选。第六步，利用抗性代谢物的组织特异性聚合抗性与优质，获得优质高抗的柑橘新品系，采取高位嫁接、加速生长等手段提早开花结果，缩短育种周期。
溃疡病是威胁柑橘产业最严重的毁灭性病害之一，现代栽培柑橘品种大多易感溃疡病，迫切需要抗溃疡病品种来应对成本增加、食品安全和生态问题的挑战。该研究首先筛选了抗溃疡病的野生柑橘资源，筛选鉴定了对溃疡病菌具有显著抑菌活性的植物源代谢物；运用从头驯化分子育种途径，培育了风味多样、具有溃疡病抗性的甜橙与其他杂种新品系，申请植物新品种权“华橘橙2号”和“华橘橙3号”，为柑橘育种改良提供高效精准的手段。
该研究不仅明确了甜橙起源，通过基因组学手段结合杂交实验证实了甜橙起源的模型，具有重要理论意义；同时基于对甜橙物种起源和驯化的认识，研发了高效育种技术与从头驯化分子育种途径，取得了从基础理论到育种应用的重要进展。下一步有望利用野生柑橘与现代栽培柑橘的系谱数据库和野生柑橘的黄龙病与溃疡病抗性，将野生柑橘资源的抗性、香味等优异性状引入到现代栽培柑橘中，加速甜橙、柠檬等现代栽培柑橘的育种改良，如培育耐黄龙病与抗溃疡病的甜橙。
中国工程院院士、华中农业大学邓秀新教授参与指导本研究开展，我校园艺林学学院、果蔬园艺作物种质创新与利用全国重点实验室徐强教授为论文通讯作者，博士研究生刘胜军、博士后徐远涛为论文并列第一作者。中国农业科学院烟草研究所昝艳君老师、湖南省农业科学院陈鹏老师、西藏农牧科学院曾秀丽老师以及华中农业大学王霞、张飞、柴利军、丁芳、焦文标等多位老师参与完成了该研究。该研究受到国家自然科学基金杰出青年基金、国家重点研发计划、湖北洪山实验室基金、湖北省重点研发计划、湖北省水果产业技术体系以及国家博士后创新人才支持计划等项目的资助。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41588-025-02122-4
日期：2025-03-06
