基于基因组序列分析中国梅的分布和气候适应性

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梅(Prunusmume Sieb.et Zucc.)为蔷薇科李属植物,原产中国,根据用途一般分为花梅和果梅。果梅在我国的分布较广,现代植物学家先后在西藏、云南、四川、贵州、陕西、甘肃、湖北、湖南、广西、广东、福建、江西、安徽、江苏、浙江、河南以及台湾省等17个省(自治区)发现了野生梅的分布。不同地区的气候差异大,但是梅却能适应不同地区的环境、气候。为了探究梅适应气候的机制,我们对江苏、浙江、云南、四川、贵州、湖南、广东、福建、台湾的19个主要果梅栽培品种的性状进行调查、整理。为了更加全面地研究不同果梅栽培品种之间的关联,我们对19个果梅品种进行重测序,进一步探究梅适应气候的分子机制。主要研究结果如下:1、供试的19个果梅品种性状差异较大。花色有粉红色、白色和白色带粉斑;而萼片颜色,有褐红色和褐红带绿色;幼叶的颜色更为丰富,有淡紫色、紫红色、黄绿色和黄褐色等。根据梅种质资源描述标准,19个果梅品种包括4种花瓣形状:短椭圆、椭圆、圆和长椭圆;5种的叶片形状:短椭圆形、椭圆形、长椭圆形、圆形和倒卵形;3种叶基形状:楔形、广楔形和圆形,及3种叶尖形状:渐尖、尾尖和急尖。19个品种的花冠大小、完全花比例、雄蕊数、叶片大小、物候期的差异也具有显著差异。因此,用于本研究的果梅品种具有丰富的遗传多样性,适宜作进一步的分子分析以及GWAS分析。2、重测序和GWAS分析表明19个果梅品种的遗传多样性范围是0.096~0.134。同时,选择性清除分析、基因流研究以及19个果梅品种性状的变异系数分析表明果梅几乎没有受到人工选择。这些结果表明,在果梅的驯化和栽培品种的选育过程中,人工参与的选择较少,不同品种果梅的遗传差异较大,遗传多样性高。通过进化树、主成分分析和群体结构分析,我们推测栽培果梅有三个传播路径。第一个路径是从云南到四川、贵州和湖南,靠近梅的起源地区(中国西南地区)。第二个路径是从湖南向中国东南部的福建、广东和台湾转移。最后一个路径是从湖南到中国中东地区的江苏和浙江省。由此可以看出,湖南是梅传播分布的中间地带。3、通过SNP分析,我们鉴定出一些与需冷量和其他与开花过程有关的差异基因。这些基因中,如紫外线受体基因UVR8(ultraviolet-B receptor UVR8)、光系统Ⅱ核心复合蛋白PSBY(photosystem Ⅱ core complex proteins)、蛋白质光敏色素激酶底物4(protein phytochrome kinase substrate 4,PSKS4)、光诱导蛋白 CPRF2(light-inducible protein CPRF2)和乙烯反应转录因子RAP2-12(ethylene-responsive transcription factor RAP2-12)等基因。同时,通过全基因组关联分析(GWAS),我们鉴定出了一个与开花时间相关的基因FRL3,该基因可能是造成不同地区需冷量不同,开花时间不同的关键基因。上述差异基因可能使植物拥有更强的环境适应能力,是果梅在适应气候的过程中可能起到重要作用的基因,为进一步研究果梅适应气候的分子机制提供了基础。
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