科学家绘制啤酒花基因组图谱，发现育种障碍

科学家迄今绘制出最为详尽的啤酒花基因组图谱。啤酒花是赋予啤酒大部分苦味和香气的植物，而研究发现，即便经过多代杂交，欧洲和北美染色体仍可能保持鲜明差异。

这项研究于周三发表在《Nature Communications》上，对杂交啤酒花品种 Apollo 进行了染色体尺度分析，并追踪其基因组中哪些部分来自欧洲啤酒花、哪些部分来自北美啤酒花。研究人员发现，两个谱系中的一些染色体几乎不发生重组，甚至完全不重组；这一结果有助于解释为何啤酒花育种一直颇具难度，以及为何苦味酸含量等理想性状难以预测。

啤酒花是啤酒的关键原料之一。其中的α酸决定苦味，而其他化合物则贡献香气并帮助保存饮品。几十年来，育种者一直将欧洲和北美啤酒花杂交，以结合两个谱系的性状，但这些改良背后的遗传基础始终不够清晰。

这项新研究为育种者提供了此前没有的参考：相位化、染色体水平的组装结果，可将杂交植株中的两套染色体分开，并识别其祖源。这一点至关重要，因为当今大多数啤酒花栽培品种并非纯正的欧洲系，而是由欧洲和北美植株反复杂交形成的复杂杂交后代。

研究人员利用长读长测序和 Hi-C 数据组装了 Apollo 的基因组，随后使用基于重复序列的标记来判定各条染色体的祖源。他们发现，一些染色体对完全属于欧洲系或完全属于北美系，而另一些则带有混合祖源或大片导入片段。在若干案例中，两条祖先谱系仍高度分化，序列一致性约为75%至78%，远低于如果重组长期自由混合它们时应出现的水平。

团队还在三个育种群体中测试了重组情况。在其中两个群体里，欧洲和北美染色体之间几乎没有重组，甚至完全没有重组，因此无法构建传统连锁图谱。在第三个群体中，虽然存在重组，但仍然有限。这一模式表明，在某些啤酒花杂交中，育种者移动的可能是整条染色体或大片染色体区段，而不是以更精细的方式重新组合基因。

这一发现可能改变啤酒花育种方式。如果基因组大范围区域的重组受到抑制，那么筛选苦味、香气或抗病性状时，可能需要能够直接追踪染色体祖源的基因组工具，而不能只依赖田间可见性状。

研究人员还报告称，来自欧洲和北美啤酒花的有益等位基因，对α酸含量——酿造中使用的主要苦味化合物——可以产生叠加效应。这为育种者开发化学组成更可预测的品种提供了更清晰的路径。

这项研究发布之际，啤酒花种植者正面临气候变化带来的压力。此前研究预计，到本世纪中叶，欧洲地区的产量和α酸含量将下降，这引发了人们对啤酒生产以及依赖稳定啤酒花收成的农户的担忧。这一新的基因组资源有望加快培育更适应温暖条件、同时保留酿酒师所需风味特征的品种。

长期以来，啤酒花育种一直依赖试错，因为这种植物的遗传结构异常复杂。雌株会产生用于酿造的球果，但啤酒花是雌雄异株植物，也就是说雄花和雌花生长在不同植株上。这使育种计划更加复杂，也减缓了筛选进程。新的基因组组装结果应有助于更容易识别与苦味、香气和抗霉菌相关的有用基因。

这项研究也为理解驯化植物在跨洲杂交过程中如何保留或丧失遗传多样性提供了更多线索。在啤酒花中，这种多样性似乎既是一种优势，也是一种限制：它帮助培育出高产的现代栽培品种，但也可能限制育种者仅通过常规杂交就能轻松组合性状的能力。