克莱姆森大学揭示转座子活动是甜橙无性驯化重要驱动力

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关键词：

来源：

Plant Communications

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来源地址：

https://doi.org/10.1016/j.xplc.2025.101409

资源所属：

农业生物技术专题

类型：

学术文献

语种：

英语

原文发布日期：

2025-06-05

摘要：

2025年6月5日，克莱姆森大学计算学院罗峰教授团队联合佛罗里达大学、美国农业部及广东省农业科学院的科研人员，在Plant Communications上发表了题为“Comprehensive transposon insertion profiling unravels the asexual breeding history of sweet orange cultivars”的研究论文。该研究揭示了转座子（TEs）的爆发性活动是驱动甜橙品种多样化的重要遗传动力。研究不仅鉴定出六个“超级活跃”的转座子家族，其产生的海量插入突变还能作为分子“指纹”精确区分几乎所有甜橙品种，更成功重构了甜橙近500年的驯化和全球传播历史，阐明了转座子在人工选择压力下充当“突变加速器”的关键作用。研究团队开发了一套高精度的转座子插入检测流程，对全球127份甜橙核心种质资源进行了分析。研究发现，在34个活跃的TE家族中，有六个家族（五个DNA转座子和一个LTR逆转录转座子）在甜橙中的活性相较于其亲本（宽皮橘和柚）发生了“爆炸性”增长，活性最高的可增强近9000倍。这六个‘超级活跃’的家族贡献了甜橙中超过97.3%的新增TE插入事件。这些海量的、具有高度特异性的TE插入位点（ILs）如同独一无二的分子‘指纹’。一项关键突破是，研究人员为所有主栽品种群（如脐橙、瓦伦西亚橙、血橙、锦橙、冰糖橙等）都找到了标志性TE插入（tag-ILs）——即仅在特定品种群所有成员中稳定存在的‘标签式’突变。基于这些发现，不仅能将所有主要栽培群清晰分开，还能精确区分超过99%的单个品种。这些珍贵的TE分子标记如同记录历史的“活化石”，帮助研究人员构建了首个有根的甜橙系统发育树，清晰地还原了其近500年的三大历史传播事件。研究推断：1. 起源事件：原始甜橙起源于中国，与始祖在TE插入上最接近的品种（UKXC）来自湖南省。2. 中国境内扩散：约在公元1470-1533年间，现代甜橙的共同祖先在中国境内迅速传播，分化出锦橙、冰糖橙、大红等多个地方栽培群。3. 全球传播：一个独特的甜橙祖先（可能与1635年引入葡萄牙的“葡萄牙橙”有关）被传播至海外，随后在不同地区独立演化，形成了当今世界流行的脐橙、瓦伦西亚橙和血橙等非中国起源的品种群。研究表明，这些TE插入并非随机的“垃圾DNA”，其分布显著富集在影响植物发育和激素信号通路等关键基因的功能区域，为性状变异提供了丰富的素材和潜在的调控机制。例如，一个血橙品种群特有的标志性CiMULE1转座子，插入到了与花青素（果实红色来源）合成相关的关键基因CsUFGT的3'-UTR区域。这导致其源于柚的等位基因在血橙果肉中的表达量显著升高，为血橙的着色机理提供了新的解释。类似地，一个瓦伦西亚橙特有的标志性TE插入，也显著提升了其品系中油菜素内酯信号通路关键基因CsSERK2源于橘的等位基因的表达水平。本研究系统性地揭示了转座子活动是驱动甜橙这类重要无性繁殖作物多样化和快速演化的重要引擎。研究成果不仅为解决长期困扰学界的甜橙品种起源和亲缘关系难题提供了全新视角和有力工具，也阐明了在人工驯化过程中，TEs如何作为一种内源性“突变加速器”，通过加速基因变异来响应人类的选择压力。本研究鉴定出的大量品种特异性TE标记，将为全球柑橘产业的品种权保护、种质资源管理和遗传改良提供关键技术支撑。