李晨　馬昕怡

“葡萄美酒夜光杯，欲飲琵琶馬上催。”王翰的《涼州詞》說明葡萄在唐代已是釀酒的主要原料。

千百年來，人們?yōu)楹螌ζ咸丫迫绱税V迷？決定葡萄酒的風味因子究竟是什么？

在中國農業(yè)科學院深圳農業(yè)基因組研究所（以下簡稱“基因組所”），有這樣一群科學家，他們不滿足于淺“嘗”輒止，于是循著“美味”的足跡，回溯葡萄萬余年的馴化歷史，探尋葡萄隱藏在歲月中的風味密碼。

6月6日，《美國國家科學院院刊》（PNAS）在線發(fā)表了基因組所研究員周永鋒課題組在葡萄群體遺傳學與育種領域的最新研究成果。該研究首次利用機器學習手段和多種遺傳學方法揭示了葡萄風味的形成機制，解析了馴化對葡萄基因組的影響，進一步闡明了葡萄的馴化歷史。該研究有助于葡萄野生資源的利用，為下一步葡萄培育提供理論支持。

釀酒葡萄風味：得益于野生葡萄

葡萄起源于西亞地區(qū)，很快便遍及世界各地。我國西漢時期，就有張騫出使西域帶回葡萄的記載。

“一千種葡萄就有一千種風味”，道出了決定風味的關鍵要素——葡萄品種。論文共同通訊作者周永鋒告訴《中國科學報》，目前無論鮮食還是釀酒的主流葡萄品種多為國外選育品種，我國的葡萄酒市場，尤其是高端葡萄酒市場也長期被西方的進口葡萄酒所占據(jù)。

為何源于歐洲的釀酒葡萄品種更受歡迎？

“我們發(fā)現(xiàn)這與來自歐洲野生葡萄的基因漸滲密切相關?！敝苡冷h解釋說，基因漸滲即等位基因從一個物種或種群向另一個物種或種群的流動。

他們分析了包括主要栽培品種、野生葡萄在內的300多份重測序數(shù)據(jù)，對群體間的分化歷史、漸滲強度和時間進行了準確詳盡的研究。

他們采用溯祖模擬，不僅再次印證葡萄馴化的一萬多年歷史，更進一步細化了歐洲、近東地區(qū)野生葡萄和鮮食、釀酒葡萄之間的馴化和分化歷史。他們發(fā)現(xiàn)，在近2000年左右，栽培葡萄尤其是釀酒葡萄與歐洲野生葡萄有持續(xù)的基因交流，即雜交過程。

基于機器學習的群體遺傳分析發(fā)現(xiàn)，在整個釀酒葡萄基因組上，1.82%的區(qū)域來自歐洲野生葡萄的漸滲，而這些區(qū)域富集到多種代謝途徑基因，表明歐洲野生葡萄對釀酒葡萄的香味等性狀產生了重要影響。

今酒曾經醉古人

當代栽培葡萄主要通過克隆繁殖。此前已有研究發(fā)現(xiàn)，部分現(xiàn)代葡萄品種就是歐洲中世紀品種的克隆個體。換言之，現(xiàn)存的部分葡萄栽培種可能保留了古時候的樣子，從某種意義上來說，我們品著和古人同樣的酒。

不過，論文共同第一作者、基因組所博士后肖華告訴《中國科學報》，即便是克隆個體，它們的基因序列也并非一成不變。在不斷的克隆繁殖中，變異會以雜合態(tài)的形式在基因組中不斷積累，影響著葡萄的育種。在實生苗培育過程中，研究人員發(fā)現(xiàn)，用葡萄的種子種出的后代很難成活，部分原因就是克隆繁殖引起的后遺癥。

他們通過正向模擬發(fā)現(xiàn)，100代內，克隆群體能更快地選擇有利變異，清除有害變異，但最后保留下來的變異大部分都以雜合態(tài)的形式存在于基因組中。而雜交群體需要更久的時間，例如超過500代以上，才能達到一個新的平衡態(tài)，但對于滲入的外緣等位基因，雜交群體具有更強的選擇效率，能夠清除更多的有害變異。該研究揭示了基因變異隱藏在不同繁殖方式背后的變化規(guī)律。

培育優(yōu)質葡萄品種

周永鋒說，目前，作物育種技術已發(fā)展到全基因組設計育種階段，即在育種過程中選擇性地快速聚合有利變異、移除有害變異，從而達到快速高效育種的目的。然而現(xiàn)代育種技術在葡萄育種過程中的應用十分有限，葡萄育種暫時還停留在2.0階段，即雜交育種，主要原因是育種體系落后，仍依賴于大規(guī)模、長時間的雜交篩選育種。我國廣泛種植的鮮食葡萄品種大多來自日本，而釀酒葡萄來自歐美，種業(yè)卡脖子問題尤為突出。

不過，我國擁有豐富的野生葡萄資源，葡萄屬70多個種中我國就有近40種?！叭绾纬浞掷眠@些野生葡萄的豐富基因資源，加快落實現(xiàn)代育種技術的應用和培育優(yōu)良葡萄新品種是現(xiàn)階段最主要的葡萄育種目標和策略。”周永鋒說。

由于葡萄酒的高附加價值，葡萄是經濟價值最高的作物之一。然而，目前我國的高端葡萄酒嚴重依賴進口。周永鋒認為，通過種業(yè)創(chuàng)新，培育我國自有知識產權的釀酒葡萄新品種，是我國由葡萄酒進口國轉為出口國的必由之路。

◎ 來源|中國科學報