《The Plant Genome》：Harnessing genomic resources for passion fruit improvement: Progress and prospects
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本文综述了近十年来百香果（Passiflora edulis）基因组学研究与分子育种的突破性进展。文章系统梳理了从“孤儿作物”到拥有多种高质量参考基因组、丰富分子标记（SSR、SNP等）及转录组资源的转变历程。重点探讨了如何整合基因组选择（GS）、基因编辑（如CRISPR/Cas）和高通量表型分析等前沿技术，以揭示抗性（如qPSR5 QTL）、果实品质（如挥发性有机物VOCs、花青素合成）等关键性状的分子基础，从而加速培育高产、优质、抗逆的新品种，突破传统育种瓶颈，保障百香果产业的可持续发展。
引言：从“孤儿作物”到基因组资源富矿
百香果（Passiflora edulis）是一种营养丰富、经济价值高的热带藤本水果。尽管经过数十年育种努力，田间生产力依然不理想，且部分栽培品种出现活力衰退迹象。传统育种周期长、效率有限，而将先进基因组学技术整合到常规育种体系中，为百香果的遗传改良提供了一条充满希望的道路。近年来，得益于高通量测序技术的飞速发展，百香果已成功摆脱“孤儿作物”的标签，积累了包括全基因组标记、标记-性状关联、参考基因组和重测序数据集在内的大量基因组资源。
基因组资源：为精准育种奠基
构建高质量的参考基因组是进行基因发现、追踪进化与驯化事件的基础。自2021年以来，多个研究团队利用牛津纳米孔（ONT）、PacBio等高保真长读长测序技术，结合高通量染色体构象捕获（Hi-C）等技术，成功组装了多个染色体级别的百香果核基因组。例如，Xia等（2021）组装了1341.7 Mb的基因组，预测了23,171个蛋白质编码基因；Ma等（2021）则获得了1270 Mb的基因组，预测了39,309个基因，并揭示了与激素响应和胁迫信号通路相关的56个bZIP转录因子。最近，Zheng等（2024）更是对紫果和黄果百香果分别进行了染色体级别基因组组装，发现了超过800万个单核苷酸多态性（SNP）和约142 Mb的存在/缺失变异（PAV），并提出了近期发生的全基因组复制（WGD）事件，为理解两种果实的风味差异提供了新线索。这些高质量的基因组如同精准的“分子地图”，为后续的基因定位、功能研究和分子标记开发奠定了坚实基础。
与此同时，分子标记的开发也取得了长足进步。从早期的随机扩增多态性DNA（RAPD）、扩增片段长度多态性（AFLP），到更稳定、多态性高的简单序列重复（SSR），再到如今基于测序、高通量且基因组覆盖度极佳的单核苷酸多态性（SNP），标记技术的发展极大地促进了百香果的遗传多样性分析、连锁图谱构建和数量性状位点（QTL）定位。例如，利用重测序技术构建的高密度连锁图谱，包含超过118万个SNP，并成功定位到一个与茎腐病抗性相关的QTL qPSR5。这些分子标记工具是实施标记辅助选择（MAS）和基因组选择（GS）的关键前提。
功能基因组学：解码性状形成的幕后机制
基因组序列提供了静态的遗传蓝图，而功能基因组学（尤其是转录组学）则动态揭示了基因在特定发育阶段或环境胁迫下的活性。通过RNA测序（RNA-seq）技术，科学家们深入探究了百香果响应生物及非生物胁迫的分子机制。
在非生物胁迫方面，研究聚焦于低温和高温胁迫。对耐冷和冷敏感品种的转录组比较分析，发现了大量差异表达基因（DEG），涉及信号转导、胁迫响应和细胞稳态等通路，例如蛋白磷酸化相关基因在冷驯化中起关键作用。对于高温胁迫，整合RNA-seq和生理指标测定发现，高温响应涉及复杂的转录重编程，与激素信号、氧化胁迫响应、热激蛋白和转录因子相关的通路被显著激活，这为培育耐热品种提供了候选基因。
在生物胁迫方面，针对引起细菌性叶斑病的Xanthomonas axonopodispv. passiflorae（Xap）的研究，通过转录组分析明确了百香果的易感性反应模式，为未来抗病育种指明了方向。
此外，功能基因组学还被用于解析决定市场接受度的关键果实品质性状。结合转录组和代谢组分析发现，果皮颜色（紫色vs黄色）的差异与类黄酮、花青素生物合成途径基因的差异表达密切相关。果实香气的形成则与酯类化合物的合成高度相关，研究鉴定出多个与脂肪酸和氨基酸代谢相关的关键基因，如酒精酰基转移酶基因。果实成熟过程则受到植物激素信号转导、淀粉和蔗糖代谢等通路的精细调控。这些研究系统阐释了百香果色、香、味等品质性状形成的分子网络。
迈向序列驱动的育种新时代
丰富的基因组和功能基因组资源，最终要服务于育种实践，转化为农民田间的优良品种。当前，百香果产业面临多种生物胁迫（如黄瓜花叶病毒病、木质化病毒病、镰刀菌枯萎病、疫霉病等）和非生物胁迫（温度波动、干旱、盐害等）的严峻挑战。整合多组学（转录组、蛋白质组、代谢组）策略，有助于全面解析复杂性状，填补从基因型到表型的认知空白。
展望未来，几种前沿育种技术将极大推动百香果改良进程：
- 1.
基因组选择（GS）：利用全基因组标记信息，无需预先鉴定性状相关基因，即可在早期世代对个体进行全基因组育种值预测，显著缩短育种周期。
- 2.
基因编辑：以CRISPR/Cas系统为代表的基因编辑技术，能够对目标基因进行精准敲除、插入或替换。尽管百香果的遗传转化和再生体系仍在优化中（已报道的转化效率在0.456%到29%不等），但该技术为快速引入或优化抗性、品质相关基因提供了革命性工具。
- 3.
高通量表型分析：结合无人机、传感器和人工智能（AI），实现大规模田间性状的快速、无损、自动化获取，为GS和QTL定位提供高质量表型数据。
结论与展望
过去十年，百香果基因组学研究实现了从“0”到“1”乃至到“多”的跨越，积累了扎实的遗传资源。然而，要将这些基因组学的进展转化为可推广的优良品种，仍需克服诸多挑战：需要构建更全面的泛基因组以捕捉物种全部遗传多样性；需要加强野生近缘种资源的评价与利用，拓宽栽培品种的遗传基础；需要开发低成本、高效率的基因分型平台，以推动GS在大规模育种群体中的应用；最后，还需要建立高效的品种交付系统，确保育种成果能快速惠及产业链。
总之，通过战略性利用多样化的遗传资源，并将基因组选择、基因编辑、加速育种等现代育种工具与传统育种流程深度融合，我们有信心突破百香果遗传改良的瓶颈，培育出高产、稳产、优质、抗逆的新品种，确保百香果这一重要热带水果产业的可持续发展与未来竞争力。
