研究人员绘制了葡萄科的染色体尺度基因组图谱，并发现一种来自野生葡萄的抗病基因。在实验室测试中，该基因帮助栽培葡萄抵御霜霉病。这种病害会给葡萄园造成重大损失。
这项发表于《Nature Plants》的研究考察了葡萄科的演化历程。该科包括栽培葡萄及其野生近缘种。研究人员表示，尽管葡萄对农业和人类社会十分重要，但葡萄科的演化历史仍未明晰。为此，他们构建了染色体水平的基因组组装，并据此比较该科不同物种。
这项研究中最具实际应用潜力的发现之一来自野生种Vitis bellula。研究团队发现一种名为VbRpv35的抗病基因，并报告称，将该基因导入Vitis vinifera——全球大多数酿酒葡萄所属的物种——后，其对白粉病的抗性有所增强。这一结果为旨在提升葡萄抗逆能力的育种和生物技术研究指出了一个潜在新目标。
这一发现的意义可能远超植物遗传学领域。霜霉病是迫使葡萄园大量依赖植保处理的病害之一。如果该基因在育种项目中证实有效，未来可能有助于降低供应葡萄酒、葡萄汁及其他葡萄制饮品的葡萄园的化学品使用量和生产风险。其商业影响仍取决于后续测试、育种工作及监管程序。
论文中的基因组研究还探讨了葡萄近缘种随时间演化的基础问题。研究人员分析了葡萄科中跨越约7000万年演化历程的物种。系统基因组学结果显示，Ampelopsis与Parthenocissus和Vitis的亲缘关系更近，从而进一步厘清了该科主要分支之间的关系。
研究团队还追踪了核型的变化，即染色体的数量和排列方式。分析发现，葡萄属（Vitis）的染色体组织结构相对保守，该属包括栽培葡萄和许多野生葡萄。相比之下，该科另外两个谱系Tetrastigma和Cissus的染色体重组程度要大得多。这一发现表明，该科部分分支保留了较稳定的基因组结构，而另一些分支则经历了更大的变化。
研究还进一步考察了研究人员所称的泛三维基因组。这种方法不仅比较DNA序列，也分析基因组在细胞核内的折叠和排列方式。论文指出，结构变异——即插入、缺失和重排等基因组较大规模的变化——促成了A/B区室和拓扑关联结构域的差异；这两种特征用于描述染色体在三维空间中的组织方式。研究人员还发现，结构变异在这些结构域边界处较少见，这可能表明基因组结构的某些部分受到更严格的约束。
论文另一项重要内容聚焦于NLR基因。这类植物免疫基因参与识别病原体。研究人员报告称，Helitron转座子——能够在基因组内移动的DNA元件——参与了Vitis中这类抗病基因的扩增及其表达调控。简而言之，研究表明，移动DNA片段在漫长的演化过程中参与塑造了葡萄的部分免疫系统。
转座子与抗病基因之间的关联之所以重要，是因为它揭示了一种作用机制，而不只是列出一组基因。植物育种者和遗传学家往往希望了解某些基因家族为何扩增、如何受到调控，以及有益遗传多样性从何而来。论文认为，Helitron是葡萄抗病基因演化过程中的关键驱动力；这一发现可能帮助研究人员更有效地从野生种质中寻找新的抗病来源。
这项发现也契合了作物科学领域更广泛的一项趋势：利用野生近缘种发掘有用性状。栽培葡萄能够结出高品质果实，但往往容易感染病害。野生种可能携带一些在驯化过程中丢失、减少或从未存在于栽培品系中的基因。研究人员为该科多个成员构建了详细的基因组组装，为建立一项资源，未来或可更方便地发现这些性状并将其引入育种流程。
论文称，这项研究形成的基因组资源既旨在改良葡萄，也将支持更广泛的开花植物演化研究。除发表期刊论文外，研究人员还将原始测序数据和基因组组装上传至公共数据库，并提供基因组注释和推断的祖先染色体模型，供其他科学家开展后续研究。
对葡萄栽培而言，这项研究的直接成果并非一个可立即用于葡萄园的新品种，而是一个更有力的遗传学线索。研究发现的VbRpv35基因将成为候选对象，供研究人员在更多遗传背景和生长条件下验证；与此同时，葡萄科更全面的比较图谱也让育种者能够更清楚地了解可能存在有益抗性性状的来源。