6月29日,從國家知識產權局獲悉重點實驗室的發明專利“控制蘋果果肉有機酸含量的蘋果酸轉運體基因及其應用”(ZL 201510061891.6)獲國家發明專利授權。發明人:韓月彭,馬百全,王魯,谷超
蘋果是世界上種植與消費量最大的水果,具有高度雜合、自交不親和以及幼年期較長等特點。這些特點尤其是童期長嚴重制約著蘋果遺傳育種及新品種的培育工作。果實品質直接決定果實的商業價值,并影響消費市場上的份額。果實中的酸、糖及香氣物質等組分的含量是決定果實品質的主要因素。蘋果的有機酸含量是其中影響口感品質的重要因素,對消費市場份額、果汁加工品質等方面具有重要的影響。
成熟果實中含有的主要有機酸是蘋果酸,約占總酸含量的90%以上。至今,人們采用正向和反向遺傳學方法對決定蘋果果實酸度的基因開展了許多研究。大量研究表明蘋果酸代謝途徑中的結構基因對果實酸度不起決定作用。
液泡是蘋果酸和檸檬酸主要貯藏場所。有機酸向液泡中轉運,需要多種轉運體和質子泵之間的協同作用。在擬南芥中,液泡膜二羧酸轉運體(AttDT)和鋁誘導蘋果酸轉運體(AtALMT6和AtALMT9)都位于液泡膜上,分別起著蘋果酸轉運體和蘋果酸通道的功能,將它們敲除和過量表達后會造成葉片中蘋果酸的積累減少。蘋果等果樹中也包含這兩種轉運體基因。發明人發現其中蘋果MdALMT9的轉錄本在果實酸度性狀有分離的群體中存在著表達量和序列的差異,可能與果實的酸度具有重要的聯系。
為了在蘋果果樹育種中克服具有高度雜合、自交不親和以及較長的幼年期的特點,本發明通過關聯分析獲得與果實中蘋果酸含量相關的候選基因,發展候選基因內部的CAPS及下游的SSR標記,進行單倍體型與蘋果酸含量的相關分析,提出通過植株不同的單倍體型進行蘋果果樹的標記輔助選擇遺傳育種。同時通過將該基因轉化到酵母中,驗證了該基因的存在能使液泡的pH值發生顯著變化,從而間接證明了其調節果肉酸度的功能。
分子遺傳學理論與技術應用于農作物育種的實踐并沒有很長時間,但已經顯示了強大的技術潛力與廣闊的應用前景。在早期發展中得到應用的分子遺傳學技術主要是分子標記,育種研究通過尚不完善的分子標記技術構建了很多遺傳連鎖圖譜,獲得了部分重要農藝性狀的基因定位。隨著基因組學的理論和技術獲得提升,積累了越來越多的基因組序列和變異的數據,作物育種正在呈現全新的面貌。在果樹育種中,基于全基因組關聯分析和分子標記輔助選擇的強大技術平臺,使得育種者可以用之前難以想象的速度深入挖掘重要基因,并完成分子育種和分子設計,標記輔助選擇大大加快了果樹的育種進程。
中國科學院植物種質創新與特色農業重點實驗室主任、果樹分子育種學科組首席研究員韓月彭的研究團隊就是基于這些新技術的果樹分子育種的實踐,獲得了之前從未能得到的果肉酸度控制基因,發明了“控制蘋果果肉有機酸含量的蘋果酸轉運體基因及其應用”的專利技術,在蘋果培育的早期就能進行篩選,既可節約育種工作的時間,又能提高篩選的效率。