西番蓮在分子層面的研究進展

孫東宇，胡彩珠，王歡歡，周碧燕

（華南農業(yè)大學園藝學院/農業(yè)農村部華南地區(qū)園藝作物生物學與種質創(chuàng)制重點實驗室，廣州 510642）

西番蓮系西番蓮科 （Passifloraceae） 西番蓮屬（Passiflora）多年生藤本植物，該屬植物有400 多種，原產南美洲的巴西至阿根廷一帶。 國內一般散布于臺灣、廣東、福建、廣西、浙江、四川等省，目前較大規(guī)模種植的有紫果西番蓮（P.edulis）、 黃果西番蓮（P.edulis f.flavicarpa）及二者的雜交種[1]。 西番蓮營養(yǎng)豐富，風味特殊；花朵奇特，香氣濃郁；果皮、籽粒和葉片中還存在黃酮類物質、酰胺類化合物，以及醌醇等生物活性成分[2，3]，具有很大的經濟利用價值。

目前， 國內對西番蓮的研究重點主要集中于化學成分、藥理效應、現(xiàn)代臨床研究應用和離體培育技術等[4]方面。 由于分子生物學的發(fā)展，基于PCR 的植物分子標記如RAPD、AFLP、SSR、ISSR 等，也被廣泛應用于植物遺傳調查中[5]。并且測序技術的出現(xiàn)也為西番蓮的研究提供了新的手段。 隨著測序技術的不斷創(chuàng)新，西番蓮的分子機理研究也在不斷深入，致使從表型逐漸轉變?yōu)殛P鍵基因的研究[6，7]，為西番蓮的種質資源分析及育種抗性方向提供指導。

1 西番蓮分子標記的研究進展

ISSR 標記法（inter-simple sequence repeats）是通過采用17～22 個堿基的重復錨定引物擴增重復序列之間的關系片段[8，9]。 吳田等[10]首先探討西番蓮DNA的提取技術， 并設計西番蓮ISSR-PCR 的擴增系統(tǒng)。Araya S 等[11]使用NGS 技術獲得西番蓮DNA 序列數(shù)據(jù)庫， 可用于鑒別西番蓮基因組中的微衛(wèi)星重復序列，檢測西番蓮果實中的高水平DNA 多態(tài)性。 嚴佳文等[12]從基因組調研測序序列中鑒定出202 272 個SSR 位點。 Goncalo Santos Silva 等[13]利用基因組原位雜交（GISH）技術，闡明西番蓮亞屬和西番蓮屬種之間基因組的相互關系。

2 西番蓮高通量測序技術的研究進展

基因組研究（Genomics）是指對各種基因的構造與特性進行研究的一個領域，于1986 年由美國生物學家ThomasRoderick 發(fā)現(xiàn)， 并在20 世紀90 年代出現(xiàn)?；蚪M學研究一般包括兩方面的內容：以全基因組測序為目標的結構基因組學（structural genomics）和以基因功能鑒定為目標的功能基因組學（functional genomics），又被稱為后基因組（postgenome）研究[14，15]。

在真核生物中，基因組包含該物種單套染色體組的全部遺傳物質。植物的每個細胞中都含有3 個獨特的基因組：核基因組、線粒體基因組和質體基因組。目前，大都研究核基因組。染色體則為基因載體，不同基因和染色體上的結構組分功能是緊密相連的[16]，基因組測序能讓我們清晰了解植物基因的功能和演化過程。

果樹的全基因組測序工作一直在進行。 目前近360 個物種的基因組序列已經公布[17]。相較于其他物種，西番蓮的測序工作也十分豐富。Beltsville Agricultural Research Center 利用Illumina 對西番蓮栽培品種‘CGPA1’進行測序并組裝到Scaffold 水平，但并未對其基因組進行解析。Cauz-Santos L A 等[18]發(fā)表第1篇西番蓮葉綠體基因組文章，獲得P.edulis 的完整核苷酸序列， 并對金虎尾目和豆類進行系統(tǒng)生物學研究，發(fā)現(xiàn)P.edulis 葉綠體基因組的特征。 吳艷艷等[16]致力于探究西番蓮基因組注釋和系統(tǒng)進化分析，從而為科學、高效地開發(fā)和利用西番蓮提供依據(jù)。 Ma D等[19]發(fā)表第1 篇西番蓮染色體級別的基因組文章，進一步探究西番蓮香氣生物合成的機理。嚴佳文等[12]運用K-mer 計算與生物信息學， 估計并確定基因組載體的尺寸、基因載體的雜合度、GC 濃度、簡單復制序列濃度等， 并對西番蓮的簡單復制序列進行特征分析， 為基于全基因組的簡單復制序列標記研究提供基礎。Xia Z 等[20]首先揭示西番蓮1341.7Mb 染色體規(guī)模的基因組裝配， 為西番蓮基因組進化的風味特性提出系統(tǒng)生物學的觀點， 并對改良百香果的培養(yǎng)技術提供重要的資料。

3 西番蓮抗病研究的進展

西番蓮極容易被病毒入侵， 目前國內一共報告26 個入侵西番蓮的事件病毒[21，22]。含有真菌13 種、細菌2 種、病毒和類菌等化合物共10 余種[4]。 目前，主要應用于生物學檢驗、電子顯微鏡測定、血清學檢驗和分子生物學測定等領域技術[23]。 與逆轉錄-聚合酶鏈反應等傳統(tǒng)分子生物學檢測方式比較，小RNA 檢測技術（small RNA sequencing，sRNA-seq）不但能夠同時識別多個DNA 或RNA 病毒，而且還能發(fā)現(xiàn)新病毒及新分離物，已被普遍應于各種植物病毒診斷[24～26]。林順權[27]通過發(fā)根農桿菌MAFF03-01724 株系直接侵染紫果西番蓮， 從而完成紫果西番蓮的遺傳轉化。王海河等[28]首先測定黃白花葉病毒西番蓮，并對分離的RNA3 的cDNA 全長進行克隆和序列研究。劉志昕等[29]以黃白花葉病毒（CMV）西番蓮分離物的外殼蛋白基因（CMV-Pf-cp）為目的基因，插入PBI121 質粒35S 啟動子后，構建植物基因表達載體PBIC，并且篩選出用于西番蓮遺傳轉化的培養(yǎng)基配方和西番蓮再生植株的生根培養(yǎng)基。Spiegel 等[30]在西番蓮屬植物中分離出一種潛伏病毒（PLV）。 并通過測序確定PLV的完整核苷酸序列和基因組結構。 Chong Y H 等[31]研究西番蓮木質病毒（PWV）中的臺灣西番蓮木質?。≒WD）的核苷酸/氨基酸同源性及其分子特征，為西番蓮木質病毒進行重新歸類。 嚴佳文等[23]應用sRNAseq 解析貴州省疑似病毒入侵的西番蓮樣品， 綜合RT-PCR 檢驗了鑒別結論，克隆病毒外殼蛋白質（coat protein，CP）基因組上的閱讀框序列，并針對被鑒別病毒的各種分裂物開展系統(tǒng)發(fā)育解析。

4 展望

分子生物學手段已應用在基因組學研究中。 隨高通量測序技術發(fā)展所產生的數(shù)字基因組表達圖譜（DGE）測序技術、小RNAs 測序、快速降解組測序技術、DNA 甲基化測序、 染色質免疫共沉淀DNA 測序技術等新型方法,給科研人員開展農業(yè)科研工作帶來更多選擇。 分子技術的快速發(fā)展，加快了西番蓮基因組學在種質資源分析與分子育種方面的研究進展，提升了西番蓮新品種培育的技術與方法， 推動了西番蓮高產優(yōu)質的生產。