作为水果和酿酒原料
葡萄始终伴随人类文明的
进步与文化传播
但葡萄的起源、驯化
以及如何在世界范围传播？
一直是困扰世界科学家的问题
近年来，云南农业大学在葡萄栽培技术、病虫害防治、遗传资源等研究领域聚焦攻关，再次取得重大突破，相关研究成果以《葡萄演化中的双重驯化和性状起源》为题，于当地时间3月2日发表在《科学》期刊上。这是联合了17个国家的78位科学家合作开展的大型国际合作项目，云南农业大学董扬教授等为第一作者，陈伟、盛军等为通讯作者，此外云南农业大学朱怡凡等年轻科学家也参与其中。
3月2日出版的《科学》封面
该期《科学》还同步刊发了题为《葡萄的两次驯化》的评论文章，对这项研究进行介绍，并给予了高度评价。
“葡萄是一种重要的水果，是全球综合产值最大的经济作物之一，具有重要的经济、社会和文化价值，研究历史悠久。”董扬向科技日报记者介绍，葡萄属植物还有约60种可生育的野生种。在世界温带地区的原生栖息地，野生葡萄品种在北美约有28种，在东亚约有30种。尽管葡萄栽培在人类历史中具有重要的文化内涵和经济价值，但大规模基因组遗传变异数据缺乏，导致无法解析其驯化传播历史，也严重阻碍了葡萄的性状改良。
据悉，学术界中对葡萄的起源一直存在争议，2019年董扬教授团队提出泛黑海起源理论，并且推测栽培葡萄起源时间为7500年前左右，并发现了多个葡萄优良性状的控制基因。相关成果引起了国外葡萄研究工作者的强烈兴趣。
论文截图
“在云南省科技厅、云南农业大学、云南生物资源保护与利用国家重点实验室、云南省生物大数据重点实验室支持下，云南农业大学牵头联合全球多个国家的70多位科学家，展开了共同攻关研究。”论文通讯作者、云南农业大学教授盛军介绍，在董扬教授团队牵头下，迅速汇集全球约5000份葡萄遗传资源，在疫情期间坚持工作，完成了迄今为止植物领域最大的基因组分析工作，绘制了栽培葡萄野生种的参考基因组、解析4000多份葡萄遗传资源的基因组多样性信息，开发了大量数据分析方法。
“经过3年时间，研究团队全面解析了葡萄的起源、驯化和传播问题，纠正了葡萄学术界存在多个争议，形成了葡萄起源和迁徙的一致观点，改写了葡萄研究的教科书，构建了可供葡萄育种的基因组、表型大数据体系，贯穿了葡萄人工选育-改良的整个过程的研究。”论文通讯作者、云南农业大学副教授陈伟说。
栽培葡萄起源、驯化，扩散的全景图。
“此项研究中，我们揭示了一系列重要科学问题。”董扬说，首先阐明了栽培葡萄起源的时间大约在距今11000年前，表明葡萄是世界最早驯化的水果；同时，揭示栽培葡萄驯化中心有两个，为“葡萄双起源中心”模式，纠正了科学界以前的单起源中心理论。
此外，研究还证明酿酒葡萄和鲜食葡萄在不同区域同时起源，并且起源初期遗传背景具有显著差异，解决了学术界对鲜食葡萄和酿酒葡萄起源长达数百年的争议；构建了覆盖所有栽培葡萄遗传资源高精度亲缘关系谱系图，为葡萄品种的分子设计和精准育种提供了科学依据；发现了大量的葡萄人工驯化性状控制基因，找到了酿酒葡萄和鲜食葡萄人工驯化的特征基因，为葡萄功能基因组学研究和育种提供了遗传素材；结合人类活动、历史气候变迁等因素，绘制了葡萄起源和人工驯化、改良的全景图。
20年来，云南农业大学科研团队持续深入种植第一线，服务10万果农和80万亩葡萄产业。图为位于海拔2135米的澜沧江干热河谷区德钦县云岭乡布村葡萄种植试验示范点。
此前，云南农业大学盛军教授和董扬教授团队通过分析472个葡萄资源、绘制了48个葡萄属物种的进化图谱，解析了葡萄历史种群大小变化的特征，研究成果发表于2019年3月13日的《自然·通讯》；随后，构建了全球首个葡萄多组学综合数据库，这也是我国葡萄遗传资源的首个原创性数据库，为这种“一带一路”典型作物的协同研究提供了重要工具，相关研究成果发表于2020年8月3日的《分子植物》期刊。
云南农业大学参与解决了多雨地区葡萄生产技术瓶颈，为云南建成我国早熟鲜食葡萄主产区提供关键技术支撑。葡萄种植面积从2006年的10万亩，增加到2016年的68万亩，产值达140亿元。
“葡萄是重要的经济作物，同时也是东西方文化融合发展的象征。通过国际化联合攻关，为开展'一带一路’沿线国际科学研究合作提供了案例，也为我国生物多样性研究提供了新的范本。”董扬说。
据悉，基于这些数据，云南农业大学葡萄研究团队正推进后续工作，通过泛基因组技术对葡萄的经济性状控制基因全面解析；通过进化与功能组学研究，挖掘葡萄重要经济性状控制的优势基因；通过古DNA测序技术，深挖葡萄在驯化后改良、传播扩散的问题；通过开发葡萄育种芯片和建立葡萄基因组，助力育种技术创新等工作，并形成一系列重要科研和应用成果。
撰文: 赵汉斌
