中国科学家破译苹果遗传密码！“设计苹果”有了“法宝”

苹果因其脆甜(tián)多汁、香味浓郁、营养丰富，是全球最受人们喜爱且种植最广的水果之一。近日，一项围绕苹果的最新研究在线发表在《自然-遗传》期刊(qīkān)上：中国农业大学园艺学院(xuéyuàn)韩振海团队联合国内外科学家成功揭示了苹果属(shǔ)数千万(shùqiānwàn)年的演化轨迹，绘制出首张苹果属遗传多样性全景图。该(gāi)期刊配发《研究简述》重点推介，凸显了该研究在苹果属遗传与进化研究中的里程碑意义。

那么，小小苹果的演化轨迹究竟有何特别？揭秘其遗传与进化，将为(wèi)我国乃至世界苹果的科学育种与产业(chǎnyè)发展带来什么助益？我们(wǒmen)请中国农业大学园艺学院教授、博士生导师韩振海、李威来说说。

很多(hěnduō)人可能不知道，如今的苹果其实是“进化+人为(rénwéi)选择”的产物。换句话说，苹果是一个拥有复杂身世的“家族”。

现代栽培(zāipéi)的苹果(píngguǒ)，最早起源于中亚和我国新疆天山一带的野生苹果。在数千年的传播过程(guòchéng)中，苹果一路走向世界，与各种“亲戚”不断“通婚”和“融合”，演变出了现在所(suǒ)看到的诸多品种。这种“混血”进化(jìnhuà)，让苹果不仅种类多、口味丰富，还适应了各种各样的环境。正(zhèng)因为身世太复杂，苹果在育种和研究上遇到了一些“老大难”的问题。

很多育种工作都集中在“元帅”“金冠”“红富士”“嘎啦”等少数优质品种(pǐnzhǒng)上，久而久之，栽培苹果的抗病能力下降、种质(zhǒngzhì)变单一。而一些拥有强抗病、耐寒(nàihán)能力的野生苹果品种，却因为研究不够(bùgòu)，没能被充分利用。

苹果树是一种多年生果树，遗传关系复杂，一个性状可能牵涉好多个(hǎoduōgè)基因。比如，矮化性状就与激素合成、信号转导、营养运输等多个调控(tiáokòng)通路相关。传统育种就像“蒙着眼睛(yǎnjīng)走迷宫”，又慢又费劲，从开始(kāishǐ)培育一个新品种到真正种进果园，少说也得20多年。

三是先进技术难以(nányǐ)施展拳脚

现代生物技术能做很(hěn)多事情，如基因(jīyīn)(jīyīn)定位、精准(jīngzhǔn)改良等，但(dàn)这些优势一旦遇上苹果研究，就很难(hěnnán)真正发挥出来，根本原因在于“基因组坐标”不够精确。虽然早在15年前苹果参考基因组就已公布，但那只是单一品种的线性基因组，只提供了一条固定的参考路径，无法反映苹果属丰富多样的遗传变异。科学家很难找到苹果关键基因的位置，自然就无法轻松组合出理想的苹果性状。

因此，要想让苹果(píngguǒ)变得更好吃、更抗病、更高产，就必须从根本上了解它的遗传秘密。这(zhè)不仅是科技创新的方向，更是保障果农收入、应对(yìngduì)气候变化、推动中国果业升级的关键所在(guānjiànsuǒzài)。可以说，未来谁能掌握苹果的“基因钥匙”，谁就能领跑全球苹果种业的新一轮竞争。

研究遗传基因让苹果(píngguǒ)更“抗打”

近年来，全球农业面临着前所未有的(de)双重压力(yālì)。一方面，天气越来越反常，忽冷忽热、干旱、冻害接连上演；另一方面，病虫害像“升级版病毒”一样，不仅范围扩大(kuòdà)、破坏力增强，还越来越难防御。

面对这些情况，怎么才能让苹果树更“抗打(kàngdǎ)”呢？科学家认为，必须回到“源代码”——研究它的(de)遗传基础和家族多样性背景(bèijǐng)。比如，苹果有(yǒu)哪些“零件”？怎么控制开花、结果、抗病、变甜？哪些基因能抗病、哪些基因能让果实更香？诸如此类信息，都藏在苹果的DNA里。对育种专家而言，理解这些基因背后(bèihòu)的故事，才能精准“选材造果”，打造出更适应(shìyìng)未来气候的新品种。

为了(wèile)让苹果树既长得结实又好打理，科学家非常看重两大特性：一是抗逆性强，无论遇到高温、低温(dīwēn)、干旱(gānhàn)、盐碱还是虫害、病害，苹果树都能“扛得住、结得好”；二是适合矮化密植，树不能长得太高、太散(tàisàn)，适合用机器采摘、修剪，以便大幅提高果园生产效率。

韩振海教授团队给出了一个方向：从苹果的(de)进化历史中找资源。要想为(wèi)苹果打造一套真正抗打又好种的“基因(jīyīn)工具箱”，就得回头去找它的“祖宗”和“亲戚”，看看谁天生带有抗病(kàngbìng)、抗寒、耐旱的好基因。

研究团队展开(zhǎnkāi)了一场“全球寻宝”：收集了全球30个(gè)具有代表性的(de)苹果属植物，从(cóng)中国东北的山定子(Malus baccata)、栽培种的野生祖先Malus sieversii，到欧洲(ōuzhōu)的Malus sylvestris、北美的 Malus ioensis……这些野生苹果“亲戚”分布在不同环境中，可能就藏着应对各种挑战(tiǎozhàn)的“基因法宝”。只有把这些野生苹果种尽量多地收进来，才能搭建出(chū)一个(yígè)系统的“抗逆资源库”，未来的育种工作才能有的放矢。

构建首张苹果属(shǔ)遗传基因全景图

在农业科技尤其是果树育种领域，想真正实现科技自主，必须先搞清楚3个最基本的(de)问题：作物是怎么来的？它和(hé)“亲戚(qīnqī)”之间什么关系？还能对它进行什么样的改造和优化？回答这些问题，不能只盯(dīng)着果子的大小(dàxiǎo)、颜色、口感等表面现象，而是要深入苹果家族史的最深层，即前面提到的遗传信息。

研究团队通过对大量苹果属植物进行基因组测序发现(fāxiàn)，这个家族最早起源于(qǐyuányú)大约5600万年前的亚洲。随着时间推移，它们在地质和气候(qìhòu)的变化中逐渐分化成今天大家看到的多个“亲戚”物种。

2.各种“亲戚”之间(zhījiān)啥关系

苹果属内部的(de)成员经常“串门”，也就是种间杂交和基因交流。这种“你中有我、我中有你”的演化模式，让(ràng)苹果的遗传背景变得异常复杂(fùzá)。研究团队通过构建“家谱关系图”，厘清了(le)各物种之间的亲缘关系，也找到了很多“基因混血”的证据。

3.遗传多样性(duōyàngxìng)让适应力更强

苹果属植物在外形、风味上的(de)五花八门，是由(yóu)遗传层面上的多样性控制的。研究发现，这些多样性多数源于基因组中大范围的“结构变异”，比如，一段DNA被(bèi)删除、复制或倒转了。这些变异就像是苹果进化之路上的“基因突袭(tūxí)事件”，让它具备了更强的适应能力和独特(dútè)性状。

为了更完整地展示苹果的遗传全貌(quánmào)，研究团队构建了世界首个苹果属(shǔ)“图形泛基因组”。简而言之，传统基因组就像一条笔直的“铁轨”，只能看到一个代表品种的遗传蓝图；而“图形泛基因组”就像一张立体(lìtǐ)的地铁线路图(xiànlùtú)，能同时展示多个品种、物种之间的不同(bùtóng)，真正还原苹果属的复杂性和多样性。

这(zhè)张“立体图(lìtǐtú)”就像是苹果(píngguǒ)属的基因全景图，里面囊括了几十个野生和栽培品种(pǐnzhǒng)，记录了上万个遗传变异。它不仅能告诉我们一个基因有没有、在(zài)(zài)哪里，还能展示这个基因在不同物种中是怎么变化的。有了这张图，科学家不再是“盲人摸象式(shì)”的育种，而是带着地图、有目标地“设计苹果”。该研究成果在未来(wèilái)有很多应用前景。比如，可以打造又矮又抗逆的新型砧木，满足密植果园(guǒyuán)和机械化管理的需要；培育更耐储藏、耐运输、抗病虫害的优质苹果品种，提升果品竞争力；适应极端天气变化，让果园更有“韧性”；为干旱、高寒、高海拔等特殊地区，定向选育适应性强的专属苹果等。

过去，由于参考基因组依赖国外，野生苹果种(zhǒng)的(de)研究支离破碎，我国(wǒguó)很难主导苹果分子育种的技术路线。这种“追着别人跑”的局面，不仅影响新品种(xīnpǐnzhǒng)的自主创新，也让我们在面对未知病虫害和(hé)气候变化时底气不足。现在，通过这项研究，中国科学家掌握了属于自己的系统资源和前沿技术：有了苹果家族的完整“族谱”；找到了控制(kòngzhì)重要性状的“关键基因”；构建了服务育种的“导航系统”和“工具箱”。这意味着，中国不仅能独立开展(kāizhǎn)苹果的分子育种，还能在全球苹果科研领域提供关键资源和解决方案，从(cóng)“跟跑”踏上“领跑”之路。

来源：北京日报(běijīngrìbào)客户端