研究人员完成了弗兰托伊奥和莱奇诺番茄基因组的测序

一个国际研究团队已绘制出莱奇诺（Leccino）和弗兰托伊奥（Frantoio）两个橄榄树品种的完整基因组图谱。

这两种原产于意大利的栽培品种如今已在数十个国家种植，对其进行基因组测序将使研究人员能够对它们进行比较，并为更深入地理解橄榄树的遗传学铺平道路。

“在气候变化的时代，更多地了解橄榄树的基因组学，就意味着更多地了解这些树木如何应对重大且有时是新的环境压力，”卢卡·塞巴斯蒂亚尼说道。 

“测序为我们提供了一套术语体系，借此可以理解这两个栽培品种为何存在差异。”——卢卡·塞巴斯蒂亚尼，比萨圣安娜高等学院园艺科学教授

该研究的协调人——同时也是比萨圣安娜高等学院园艺科学正教授——向《橄榄油时报》表示，基因组学有望在地中海盆地培育出更具韧性的橄榄林。

“为了适应气候变化，我们需要抗逆性强的基因型，以及合适的农艺技术，”塞巴斯蒂亚尼说道。 “如果缺水，不仅需要灌溉，还需要能高效利用水的品种。此外，气温升高、对新病原体的敏感性以及虫害也带来了挑战。” 

“基因图谱绘制是帮助我们更快找到解决方案的工具之一，”他补充道。

尽管橄榄树的基因编辑技术仍处于起步阶段，但通过比较这两个品种的基因组，相比传统的育种计划，或许能更快地培育出更具抗逆性的树木。 

Frantoio 和 Leccino 都在科学文献中有充分的记载，包括它们在应对环境压力时的表现。

“它们对干旱和盐碱等压力的反应是非常有趣的模型，因为弗兰托伊奥的耐受性较强，而莱奇诺则较弱，”塞巴斯蒂亚尼说道。

“多年来，我们一直在努力阐明这种差异背后的机制，但如果没有基因组数据，就很难完全理解哪些基因可能参与其中，”他补充道。

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“测序为我们提供了一种理解这两种栽培品种为何不同的语言，”塞巴斯蒂亚尼指出。

据研究人员称，通过传统育种方法选育橄榄品种的做法既费时，也未必能取得最佳效果。

研究人员在论文中指出，之所以结果参差不齐，是因为“关于基因位置和结构的精确分子信息大多缺失”。科学家们花了两年多时间才完成图谱绘制。 

“我们之所以能完成这项工作，得益于意大利国家复苏与韧性计划的资金支持，也得益于我们是一个相当庞大的研究团队，”塞巴斯蒂亚尼表示。该团队还包括来自亚利桑那大学和沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学的同事。

在两个品种中均发现了高比例的长末端重复序列，这表明它们的基因组存在显著的相似性。

重复的 DNA 序列并非随机的，它们是由进化塑造的，可能发挥着重要作用，例如帮助维持基因组的稳定性和完整性。

“我们尚不清楚基因组的不同部分是如何相互作用的，”塞巴斯蒂亚尼说。 “现在我们掌握了不同栽培品种的相关信息，可以开始观察这些差异，这有助于我们在未来几年更好地理解该物种。” 

他将研究人员在绘制这两个品种基因组图谱时面临的挑战，比作完成一幅拼图——其中一半的拼图都是晴朗的蓝天。

“在这种情况下，与那些图案变化多端的拼图相比，拼接这些碎片要复杂得多，”他说。“这对橄榄来说是个难题，因为我们有很多高度重复的区域。” 

确定基因在基因组中的位置，是将原始DNA序列转化为实用知识的基础， 并有助于研究人员将基因与特定性状（如产量、油分组成或抗病虫害能力）建立联系。 

这些知识加速了育种计划，用有针对性的方法取代了缓慢、随机的选择。 

基因位置还揭示了它们是如何被调控和相互作用的，从而为适应和驯化提供了见解。 

在橄榄研究中，精确的基因图谱使科学家能够比较不同品种，追踪进化变化，并设计精准工具（如标记辅助育种或基因编辑），以培育出更具抗逆性和更高质量的品种。

“只有掌握了能够测序超大片段的技术，才能完成这种高质量的图谱绘制，这使得工作变得更加容易，”塞巴斯蒂亚尼说道。

“多年来，相关技术已取得巨大进步，”他补充道。“如今我们拥有PacBio技术，它能够测序更长的DNA片段，这是以前无法做到的。”

在土壤盐渍化或干旱等应激条件下，可能只有少数几个基因会参与其中，且两个品种之间会观察到差异。

“基因结构上的细微差异，甚至是在调控基因活性程度的启动子区域的微小变化，都可能导致该基因完全失活、活性降低，或活性增强，”塞巴斯蒂亚尼说道。

他补充道，识别和理解这些差异至关重要。

“如果我了解到，一个参与应对某种应激反应的基因在弗兰托伊奥（Frantoio）和莱奇诺（Leccino）中的结构不同，且在弗兰托伊奥中功能更强而在莱奇诺中功能较弱， 那么我还可以利用基因表达分析技术，通过RNA测序或其他技术，来观察这种结构变异是否会影响其活性，”塞巴斯蒂亚尼说道。

“如果我发现确实有影响，我们现在也有基因编辑技术，”他补充道。“在橄榄树上，这项技术目前还不够有效，但我可以重写莱奇诺（Leccino）的基因，使其模仿弗兰托伊奥（Frantoio）基因的形式，从而转移该信息，使其发挥不同的作用。”

不过，塞巴斯蒂亚尼解释说，与其他物种相比，橄榄树基因编辑的研究仍处于实验的早期阶段。 

“我和我的团队也在研究杨树（一种包含35个物种的柳树属），”塞巴斯蒂亚尼说。“在杨树上，我们已经能够做到这一点。而在橄榄树上，问题仍然在于这些编辑技术在转基因方面的困难；这可能需要数年时间。”

尽管基因编辑技术已取得快速进展，塞巴斯蒂亚尼承认目前无法估算具体所需时间。 

不过，他预计基因组学及相关技术的快速发展，相较于以往的方法，或许能在相对较短的时间内产生影响。

“如今，即使使用传统技术，但在分子生物学的辅助下，如果我要将莱奇诺（Leccino）和弗兰托伊奥（Frantoio）杂交以转移耐盐性，就必须等到植物长成后再进行测试。这需要很长时间，”他说。

“但如果我直接研究基因结构，就可以通过基因组学或其他技术进行追踪，”塞巴斯蒂亚尼补充道。“如今我甚至可以以较低的成本对全基因组进行测序，而且因为我已经拥有参考基因组，所以我能准确看到该基因位于何处、处于什么位置。”

“以莱奇诺（Leccino）为例，既然已知有两三个基因能提高耐受性，我只需对这些基因进行修改，”他指出。“如果基因编辑技术一切顺利，一两年内就能在实验室完成。这将是一个巨大的进步。”

橄榄树的基因组学研究及其基因图谱绘制，有望为橄榄树种植开辟新的途径。 

虽然传统种植往往依赖于拥有百年树龄的橄榄园，但在地中海气候日益炎热干燥的背景下，种植基因编辑橄榄品种的新果园对于维持产量至关重要。

“这些新知识可以转化为生产力的提升、创新以及为种植者提供的解决方案，”塞巴斯蒂亚尼表示。 

研究团队将利用新的基因组信息，更深入地了解这两个品种在应对盐胁迫方面的差异。 

“我们还计划，如果可能的话，对更多我们感兴趣的品种进行测序，以了解它们对其他胁迫（包括污染物）的反应，”塞巴斯蒂亚尼总结道。“我们肯定会利用基因组学来更好地理解这些机制。”

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