English 邮箱 数字农科院
官方微信
中国农科院微信公众号
农科专家在线微信公众号
  • 组织机构
    走进中国农科院
    寄语
    院章程
    院领导
    历任领导
    组织架构
    院机关
    院属单位
    区域创新中心
  • 新闻中心
    图片新闻
    时政要闻
    农科要闻
    科研活动
    三农一线
    媒体报道
    视频农科
    政务新媒体矩阵
  • 科学研究
    重大成果
    科研进展
    科技创新
    科技奖励
    农业高端智库
    中国农科院重大科学发现
    中国农科院重大产品创制、重大技术突破和重大智库报告
    中国农科院重大科技任务布局
    中国农科院十大科研进展
  • 科技支撑
    主推成果
    产业专家团
  • 人才教育
    人才队伍概况
    人才工作概述
    专家学者
    人才动态
    研究生教育
    中国农科院人才招聘网
  • 国际合作
    总体概况
    合作伙伴
    合作平台
    合作机制
    国际农业科学计划
    中国农科院年报
  • 平台基地
    资源概况
    平台
    基地
  • 信息服务
    资源服务
    数字农科院
    农业科研信息化典型案例
  • 党建文化
返回门户首页 数字农科院 邮箱
官方微信
中国农科院微信公众号
农科专家在线微信公众号
English
  • 院网首页
  • 图片新闻
  • 时政要闻
  • 农科要闻
  • 科研活动
  • 三农一线
  • 媒体报道
  • 视频农科
  • 政务新媒体矩阵
返回首页 English
首页 -  新闻中心 -  媒体报道
分享到

[光明网] 葡萄为啥是这个味儿?科学家利用机器学习揭示形成机制

发布时间:2023-06-07 |来源: 光明网|作者:宋雅娟
字体 小 中 大

轻晃红酒杯,馥郁的葡萄浆果香气在杯中弥漫,啜饮一口,丰盈柔滑的滋味顷刻充斥整个口腔,悠长舒适的香气在唇齿间久久不能消散,这是葡萄与岁月相融的味道,历久弥新。

在中国农业科学院深圳农业基因组研究所,有这样一群科学家们,他们不满足于浅“尝”辄止,于是循着“美味”的足迹,回溯葡萄万余年的驯化历史,探寻葡萄隐藏在岁月中的风味密码。


2cf05d3dca8525ea230e18.png


6月6日,《美国国家科学院院刊(Proceedings of the National Academy of Sciences, PNAS)》在线发表了基因组所周永锋课题组在葡萄群体遗传学与育种领域的最新研究成果“Adaptive and maladaptive introgression in grapevine domestication”(葡萄驯化过程中适应与不适应的基因渐渗)。该研究首次利用机器学习手段,结合溯祖模拟、正向模拟和进化保守性等群体遗传学方法揭示了葡萄风味的形成机制,解析了驯化对葡萄基因组的影响,进一步阐明了葡萄的驯化历史。该研究有助于葡萄野生资源的利用,为下一步葡萄培育提供理论支持。


2cf05d3dca8525ea235319.png


酿酒葡萄风味的形成

葡萄起源于西亚地区,很快便遍及到世界各地。我国西汉时期,就有张骞出使西域带回葡萄的记载。王翰在《 凉州词 》中写道“葡萄美酒夜光杯”,说明葡萄在唐代已是酿酒的主要原料。

千百年来,人们为何对葡萄酒如此痴迷?决定葡萄酒的风味因子究竟是什么?

“一千种葡萄就有一千种风味”,道出了决定风味的关键要素——葡萄品种。然而,目前无论鲜食还是酿酒的主流葡萄品种多为国外选育品种,我国的葡萄酒市场尤其是高端葡萄酒市场也长期被西方的进口葡萄酒所占据。


为何源于欧洲的酿酒葡萄品种更为流行?

研究人员基于深入的群体基因组学分析,发现这与来自欧洲野生葡萄的基因渐渗(即等位基因从一个物种或种群向另一个物种或种群的流动)密切相关。研究人员分析了包括主要栽培品种、野生葡萄在内的三百多份重测序数据,对群体间的分化历史、渐渗强度和时间进行了准确详尽的研究,采用溯祖模拟,不仅再次印证葡萄驯化的一万多年历史,更进一步的细化了欧洲、近东地区野生葡萄和鲜食、酿酒葡萄之间的驯化和分化历史。

研究发现在近两千年左右,栽培葡萄尤其是酿酒葡萄与欧洲野生葡萄有持续的基因交流(即杂交过程)(图1)。基于机器学习的群体遗传分析,研究发现在整个酿酒葡萄基因组上1.82%的区域来自欧洲野生葡萄的渐渗,而这些区域富集到多种代谢途径基因,表明欧洲野生葡萄对酿酒葡萄的香味等性状产生了重要影响。


2cf05d3dca8525ea23741a.png

图1  基于溯祖模拟推测的葡萄群体间的分化和渐渗历史


今人不见古时酒,今酒曾经醉古人

栽培葡萄主要通过克隆繁殖。有研究发现,部分现代葡萄品种就是欧洲中世纪品种的克隆个体。换言之,现存的部分葡萄栽培种可能保留了古时候的样子,从某种意义上来说,我们品着和古人同样的酒。然而,即便是克隆个体,它们的基因序列却并非一成不变,在不断的克隆繁殖中,变异会以杂合态的形式在基因组中不断积累,影响着葡萄的育种。在实生苗培育过程中,研究人员发现用葡萄的种子种出的后代很难成活,部分原因就是克隆繁殖引起的后遗症。

借助正向模拟,研究人员展示了杂交发生后渐渗位点在克隆群体和异交群体中的动态变化过程。研究发现,短期内克隆繁殖能更快地选择有利变异,清除有害变异,但不管是有利还是有害变异,最后保留下来的变异大部分都以杂合态的形式存在于基因组中。而从长远角度看,异交繁殖的选择则更为彻底(图2)。该研究揭示了基因变异隐藏在不同繁殖方式背后的变化规律。


2cf05d3dca8525ea23891b.png

图2  正向模拟渐渗片段在异交或克隆繁殖下的变化过程及其适合度影响


培育优质葡萄品种

目前,作物育种技术已发展到4.0阶段(全基因设计育种),即在育种过程中选择性的快速聚合有利变异、移除有害变异,从而达到快速高效育种的目的。然而现代育种技术在葡萄育种过程中的应用十分有限,葡萄育种暂时还停留在2.0阶段,主要原因是缺乏基因参考信息,仍依赖于大规模杂交筛选育种。

我国拥有丰富的野生葡萄资源,葡萄属下70多个种中我国就有近40种。如何充分利用这些野生葡萄的丰富基因资源、加快落实现代育种技术的应用和培育优良葡萄新品种是现阶段最主要的葡萄育种目标和策略,具有巨大的商业潜力。

综上所述,该研究揭示了野生葡萄对栽培葡萄品质的影响,以及外源基因引入后在基因组上的选择过程,阐释了有利、有害变异在葡萄基因组上的分布特征,并提供了大量与葡萄风味、抗性等相关的基因位点,为现代育种技术在葡萄中的应用提供了重要的理论支持。

(单位: 中国农业科学院深圳农业基因组研究所)
打印本页
关闭本页
院网信息发布与管理
最新动态
  • [工人日报]我国科学家破译油菜害虫西北斑芫菁染色体水平基因组
    2025-04-25
  • [新京报]177.65公斤 新品种刷新我国三熟制模式下油菜单产纪录
    2025-04-25
  • 奶牛瘤胃微生物优势脲酶结构与绿色脲酶抑制剂
    2025-04-25
  • 蛋白乙酰化修饰调控大口黑鲈肝脏炎症和纤维化进程
    2025-04-25
  • 陆地棉与海岛棉叶片细胞类型的保守与分歧
    2025-04-25
  • 能调控水稻粒重的新基因“鲲鹏”
    2025-04-25
  • 杨振海走进树人讲堂 为研究生作专题讲座
    2025-04-25
  • 纳米尺度“破译”镉与吸附材料间的相互作用
    2025-04-25
  • 核酸标准物质新进展
    2025-04-25
  • 抗病毒基因的敲除可提高植物病毒载体介导的蛋白表达
    2025-04-25
  • 视频农科
  • 通知公告
  • 特别关注
  • 政务新媒体矩阵
  • 网站地图
  • 联系我们
我要捐赠

主办:中国农业科学院承办:中国农业科学院农业信息研究所地址:北京市海淀区中关村南大街12号邮编:100081

Copyright@中国农业科学院京ICP备10039560号-5京公网安备11940846021-00001号