西番莲在分子层面的研究进展

孙东宇，胡彩珠，王欢欢，周碧燕

（华南农业大学园艺学院/农业农村部华南地区园艺作物生物学与种质创制重点实验室，广州 510642）

西番莲系西番莲科 （Passifloraceae） 西番莲属（Passiflora）多年生藤本植物，该属植物有400 多种，原产南美洲的巴西至阿根廷一带。 国内一般散布于台湾、广东、福建、广西、浙江、四川等省，目前较大规模种植的有紫果西番莲（P.edulis）、 黄果西番莲（P.edulis f.flavicarpa）及二者的杂交种[1]。 西番莲营养丰富，风味特殊；花朵奇特，香气浓郁；果皮、籽粒和叶片中还存在黄酮类物质、酰胺类化合物，以及醌醇等生物活性成分[2，3]，具有很大的经济利用价值。

目前， 国内对西番莲的研究重点主要集中于化学成分、药理效应、现代临床研究应用和离体培育技术等[4]方面。 由于分子生物学的发展，基于PCR 的植物分子标记如RAPD、AFLP、SSR、ISSR 等，也被广泛应用于植物遗传调查中[5]。并且测序技术的出现也为西番莲的研究提供了新的手段。 随着测序技术的不断创新，西番莲的分子机理研究也在不断深入，致使从表型逐渐转变为关键基因的研究[6，7]，为西番莲的种质资源分析及育种抗性方向提供指导。

1 西番莲分子标记的研究进展

ISSR 标记法（inter-simple sequence repeats）是通过采用17～22 个碱基的重复锚定引物扩增重复序列之间的关系片段[8，9]。 吴田等[10]首先探讨西番莲DNA的提取技术， 并设计西番莲ISSR-PCR 的扩增系统。Araya S 等[11]使用NGS 技术获得西番莲DNA 序列数据库， 可用于鉴别西番莲基因组中的微卫星重复序列，检测西番莲果实中的高水平DNA 多态性。 严佳文等[12]从基因组调研测序序列中鉴定出202 272 个SSR 位点。 Goncalo Santos Silva 等[13]利用基因组原位杂交（GISH）技术，阐明西番莲亚属和西番莲属种之间基因组的相互关系。

2 西番莲高通量测序技术的研究进展

基因组研究（Genomics）是指对各种基因的构造与特性进行研究的一个领域，于1986 年由美国生物学家ThomasRoderick 发现， 并在20 世纪90 年代出现。基因组学研究一般包括两方面的内容：以全基因组测序为目标的结构基因组学（structural genomics）和以基因功能鉴定为目标的功能基因组学（functional genomics），又被称为后基因组（postgenome）研究[14，15]。

在真核生物中，基因组包含该物种单套染色体组的全部遗传物质。植物的每个细胞中都含有3 个独特的基因组：核基因组、线粒体基因组和质体基因组。目前，大都研究核基因组。染色体则为基因载体，不同基因和染色体上的结构组分功能是紧密相连的[16]，基因组测序能让我们清晰了解植物基因的功能和演化过程。

果树的全基因组测序工作一直在进行。 目前近360 个物种的基因组序列已经公布[17]。相较于其他物种，西番莲的测序工作也十分丰富。Beltsville Agricultural Research Center 利用Illumina 对西番莲栽培品种‘CGPA1’进行测序并组装到Scaffold 水平，但并未对其基因组进行解析。Cauz-Santos L A 等[18]发表第1篇西番莲叶绿体基因组文章，获得P.edulis 的完整核苷酸序列， 并对金虎尾目和豆类进行系统生物学研究，发现P.edulis 叶绿体基因组的特征。 吴艳艳等[16]致力于探究西番莲基因组注释和系统进化分析，从而为科学、高效地开发和利用西番莲提供依据。 Ma D等[19]发表第1 篇西番莲染色体级别的基因组文章，进一步探究西番莲香气生物合成的机理。严佳文等[12]运用K-mer 计算与生物信息学， 估计并确定基因组载体的尺寸、基因载体的杂合度、GC 浓度、简单复制序列浓度等， 并对西番莲的简单复制序列进行特征分析， 为基于全基因组的简单复制序列标记研究提供基础。Xia Z 等[20]首先揭示西番莲1341.7Mb 染色体规模的基因组装配， 为西番莲基因组进化的风味特性提出系统生物学的观点， 并对改良百香果的培养技术提供重要的资料。

3 西番莲抗病研究的进展

西番莲极容易被病毒入侵， 目前国内一共报告26 个入侵西番莲的事件病毒[21，22]。含有真菌13 种、细菌2 种、病毒和类菌等化合物共10 余种[4]。 目前，主要应用于生物学检验、电子显微镜测定、血清学检验和分子生物学测定等领域技术[23]。 与逆转录-聚合酶链反应等传统分子生物学检测方式比较，小RNA 检测技术（small RNA sequencing，sRNA-seq）不但能够同时识别多个DNA 或RNA 病毒，而且还能发现新病毒及新分离物，已被普遍应于各种植物病毒诊断[24～26]。林顺权[27]通过发根农杆菌MAFF03-01724 株系直接侵染紫果西番莲， 从而完成紫果西番莲的遗传转化。王海河等[28]首先测定黄白花叶病毒西番莲，并对分离的RNA3 的cDNA 全长进行克隆和序列研究。刘志昕等[29]以黄白花叶病毒（CMV）西番莲分离物的外壳蛋白基因（CMV-Pf-cp）为目的基因，插入PBI121 质粒35S 启动子后，构建植物基因表达载体PBIC，并且筛选出用于西番莲遗传转化的培养基配方和西番莲再生植株的生根培养基。Spiegel 等[30]在西番莲属植物中分离出一种潜伏病毒（PLV）。 并通过测序确定PLV的完整核苷酸序列和基因组结构。 Chong Y H 等[31]研究西番莲木质病毒（PWV）中的台湾西番莲木质病（PWD）的核苷酸/氨基酸同源性及其分子特征，为西番莲木质病毒进行重新归类。 严佳文等[23]应用sRNAseq 解析贵州省疑似病毒入侵的西番莲样品， 综合RT-PCR 检验了鉴别结论，克隆病毒外壳蛋白质（coat protein，CP）基因组上的阅读框序列，并针对被鉴别病毒的各种分裂物开展系统发育解析。

4 展望

分子生物学手段已应用在基因组学研究中。 随高通量测序技术发展所产生的数字基因组表达图谱（DGE）测序技术、小RNAs 测序、快速降解组测序技术、DNA 甲基化测序、 染色质免疫共沉淀DNA 测序技术等新型方法,给科研人员开展农业科研工作带来更多选择。 分子技术的快速发展，加快了西番莲基因组学在种质资源分析与分子育种方面的研究进展，提升了西番莲新品种培育的技术与方法， 推动了西番莲高产优质的生产。