驯化苹果：揭秘基因贡献与适应环境

2023-10-31 理论教育版权反馈

【摘要】：而且，野生同类完全可能对人工栽培品种的基因库做出自己的贡献。这项研究显示，与中亚苹果相比，今天人工栽培苹果的基因结构更多的是与欧洲野苹果有关。二者祖先中大约有同等数量的“西弗斯苹果”基因。影响苹果品质的基因是从苹果始祖——“西弗斯苹果”中继承并保存下来的。相比之下，在苹果从天山的树林中向外传播时，所到地区野生苹果的基因对于苹果适应所生长的环境则有贡献。

树、花、果的形状，以及史书记载，都将人工栽培苹果的诞生地指向了天山脚下。20世纪90年代，人们对苹果线粒体DNA和叶绿体DNA（后者也是继承自母系）的研究都证实了这一假说，即亚洲野苹果正是现代人工栽培苹果的祖先。总是有这样一种可能，即在人工栽培苹果的发展进程中，与其他野苹果的杂交起了重要作用。但是，遗传学家揭示，苹果的传承似乎没有中断，也未受（杂交）感染，可以一直追溯到哈萨克斯坦的野苹果。我们通常吃的苹果的DNA主要仍然是“西弗斯苹果”。由于这一野苹果品种在野外的多样性很丰富，人工栽培苹果中所有（或者几乎所有）的变化都可以认为是来自这一单一源头。有些植物学家甚至将人工栽培苹果和中亚苹果归为一类。

在法国遗传学家阿芒迪娜·科尔尼的领导下，研究人员新近又对苹果品种进行了研究。研究结果于2012年发表，对苹果的起源却给出了不同的、令人意想不到的解释。这一研究的对象是从中国到西班牙大量的人工栽培品种，与之前有关研究相比，它使用的DNA样本更为全面。它揭示，苹果的起源地非常多样。一般而言，绝大多数人工繁育物种的多样性只占其野生同类的一小部分；但是，人工栽培的苹果却与绝大多数野苹果具有同样的多样性。科尔尼和其同事对这种多样性进行了深入研究，仔细分析了人工栽培苹果和野苹果的比较结果，最终揭示了苹果深藏的秘密。遗传学家发现，人工种植的苹果确实是源于哈萨克斯坦的野苹果，但是并非只有这一个源头。他们还发现，人工种植的苹果在沿着丝绸之路传播时，明显与野生苹果发生了杂交。苹果并非是在短期之内从一个单一地理源头出现的，而是在几千年的过程中，不断进化，不断地与近亲品种进行杂交。在苹果的历史上，尽管人们利用嫁接技术克隆，并从基因上限制苹果的种群，但是，由于人类会从天然自由授粉长成的苹果中选择品相好的，苹果也就自然地出现了一些改良。而且，野生同类完全可能对人工栽培品种的基因库做出自己的贡献。这些贡献是自然而然做出的，人类并未有意地促成杂交过程。

这种与野苹果的杂交不仅给人工栽培苹果的进化理论增添了细节，它实际上还颠覆了这一理论。人工种植苹果的始祖仍然是“西弗斯苹果”。据估计，人工栽培苹果起源于4000年到1万年前。但是，其他野苹果，特别是欧洲野苹果，对其有深刻影响。这项研究显示，与中亚苹果相比，今天人工栽培苹果的基因结构更多的是与欧洲野苹果有关。

这一结果不同寻常，但是却与最近在其他物种中的发现相一致，包括其他人工栽培的木本植物，如葡萄和橄榄。这一情况与玉米进化的过程很相似：与最先被人工繁育的墨西哥低地玉米相比，人工培植的玉米在基因上与高地中的野生品种更为接近。

过去，一些植物学家认为，酿酒用的苹果可能是人工栽培苹果与野苹果杂交的产物，目的是引入一种受人喜欢的苦涩品质。虽然科尔尼的研究显示，二者之间肯定有杂交，但是，它并未显示出现代酿酒用苹果与食用苹果的差异。二者祖先中大约有同等数量的“西弗斯苹果”基因。如果非要说有差异的话，那就是甜点苹果中的“西弗斯苹果”基因要多一些。这些不同的遗传基因源头在实际中到底有什么意义呢？关于这个问题，遗传学家已经着手研究。影响苹果品质的基因是从苹果始祖——“西弗斯苹果”中继承并保存下来的。相比之下，在苹果从天山的树林中向外传播时，所到地区野生苹果的基因对于苹果适应所生长的环境则有贡献。(www.chuimin.cn)

2012年科尔尼的研究也显示，还存在大量的基因反向流动，即从人工种植的苹果流向野生苹果。所以说，人工栽培苹果也影响了野生苹果品种的进化（这一点与马和狼的情况相同）。基因双向流动的证据是最近才被人们发现的。因此，农学家和保护生物学家还在努力分析其影响和意义。那些野生苹果会怎么样呢？它们会不会因为人工品种的基因进入其基因组而受到威胁呢？这种基因交流并非新现象，自从有了人工栽培，就肯定一直都在进行中。人们很易于匆忙得出结论，并且想象，所有从人工品种到野生品种的基因渗入都是有害而无利的。但是，一些人工品种的基因也有可能是有益的。为了指导人们保护野生物种，并且实现最佳的保护效果，我们需要找出这些问题的答案。物种保护在道德上是正确的，而且是一种有利他性质的事业。但是，我们关心野生物种的健康还有一些更为自私的原因。对现代苹果栽培品种的基因分析显示，其中一些品种关系太过紧密，已经具有危险性了：这些品种相当于第二代或者第一代同类，有时甚至是姊妹品种。这就增加了基因疾病加剧的概率，因为它将基因中的罕见变化聚合到了一起。与其他被驯化的物种相比，现代人工栽培苹果的基因多样性很丰富，不存在可见的“驯化瓶颈效应”。但是，这种多样性却掩盖了一个令人担忧的现实。苹果的生长是基于克隆的。在每一种克隆品种之间，可能会有很大的基因差异，但是，在克隆个体内部，却没有基因差异。虽然全球有几百万棵人工栽培的苹果树，但是，它们实际上代表的只是几百个克隆个体，也就是几百棵不同的苹果树而已。它们当中，一些是结果实的幼枝，一些是初生主根。这意味着，生存环境的变化会使苹果受到严重威胁，例如新病菌的出现和气候变化。

所以，维持野生苹果健康的基因库就更为重要，因为，要保证人工栽培苹果健康生长，我们很可能需要从野生苹果基因库中引入基因。实际上，我们无疑会有这种需要。人工栽培苹果已经面临一些常见的问题了，而野生苹果可能拥有解决这些问题的钥匙。到访哈萨克斯坦野生苹果林的植物学家已经注意到，有一些树没有受到溃疡病和疮斑病的伤害，明显对这些疾病有抗体。还有一些似乎能在极端干旱的条件下生长，这种耐旱品质对一些人工栽种的苹果非常有用。此外，很明显，不管实验室里是什么情况，都需要野外考察提供支持。我们仍然需要像瓦维洛夫、福斯林和朱尼珀这样的人，到古时的地方去，到野外去，再带回宝贵的标本。今天，我们的果树栽种者面临着一些挑战，其遗传学上的答案可能就在旷野之中；还有一些我们甚至没想到过的问题，答案也在其中。

遗传学使许多物种的起源水落石出。我们能从考古和历史中得到一些线索，但是，这些线索有时会误导我们。证据总是不完整。但是，研究古今品种的DNA能给我们提供另一种看待过去的视角，能给我们提供填补一些古今之间缺口的机会。随着整基因组排序变得更加容易和快捷，现在，我们对驯化物种的历史有了一些意想不到的认识：从家犬非常久远的起源到英国境内非常早的小麦线索；从认定巴尔萨斯类玉米为玉米的祖先到认识到苹果的野生本质。但是，最令人惊讶的基因发现是一种我们非常熟悉的物种：人类。

驯化苹果：揭秘基因贡献与适应环境

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