基因组与表观基因组创新：气候变局下葡萄栽培的遗传改良新策略

面对气候变化对葡萄栽培的威胁，研究人员通过整合多组学技术（如NGTs、CRISPR-Cas9）和预测育种工具，探索了传统品种克隆选择与杂交育种的新路径。研究揭示了基因组和表观基因组变异（如DNA甲基化）在抗逆性状中的作用，并提出了基于基因编辑的精准改良方案，为葡萄产业可持续发展提供了科学依据。

　　

论文解读

背景与挑战
葡萄酒文化绵延数千年，如今却因气候变化面临存续危机。极端天气（热浪、干旱、霜冻）和生物胁迫（真菌病害、虫媒病毒）正将传统葡萄品种推向生长极限。地中海产区尤为脆弱，而高纬度地区虽短期受益于变暖，长期仍难逃生态失衡。更棘手的是，消费者对分子育种技术的抵触与农药减量的政策要求（如欧盟“绿色新政”要求203年前农药减半）形成双重压力。

研究机构与核心发现
由德国盖森海姆大学、澳大利亚昆士兰大学等团队领衔的研究，系统评估了基因组（如Vitis vinifera参考基因组、泛基因组）和表观基因组工具在葡萄改良中的应用潜力。研究发现：

1. 传统克隆选择依赖随机突变（如600年历史的雷司令克隆），效率低下；
2. 杂交育种虽可引入抗病基因（如北美葡萄的Erysiphe necator抗性），但需25年以上周期；
3. 表观遗传变异（如Shiraz葡萄的跨葡萄园甲基化差异）是未被充分利用的适应机制；
4. 新基因组技术（NGTs）如CRISPR-Cas9已成功用于霜霉病抗性改良（如Sugraone品种编辑）。

关键技术方法
研究采用：

1. 长读长测序（Oxford Nanopore）同步检测遗传与表观遗传变异；
2. 基因组预测模型（Genomic Selection）加速育种周期；
3. 嫁接介导的基因编辑（如利用转基因砧木传递编辑性状）；
4. 高通量表型组（高光谱成像）结合多组学数据分析。

研究结果

传统品种克隆选择的局限
白雷司令等品种的克隆变异虽提供农艺性状多样性（如穗型、色泽），但分子机制不明。突变育种因随机性难以定向改良，且病毒积累导致健康克隆筛选效率低下。

杂交育种的突破与壁垒
新一代抗病品种（如法国杂交种）通过基因聚合（pyramiding resistance genes）已实现品质与抗性平衡，但市场接受度仍受“非传统风味”认知阻碍。

表观遗传学的潜在贡献
DNA甲基化调控果实成熟（如Zhang et al. 2024报道）和环境适应（Xie et al. 2017的Shiraz研究），表观等位基因（epialleles）可作为无损编辑靶点。

NGTs的应用前景
CRISPR编辑砧木可传递性状至接穗（Yang et al. 2023），而表观编辑（如DNA甲基化抑制剂）能创造可遗传变异。基因组选择模型对复杂性状预测准确率达实用水平（Brault et al. 2024）。

结论与意义
该研究构建了从传统育种到精准分子设计的全链条解决方案：

1. 科学层面：阐明表观遗传在葡萄适应中的角色，填补了克隆变异分子机制的认知空白；
2. 技术层面：验证NGTs在保留品种特性（如Pinot noir风味）前提下实现抗逆改良的可行性；
3. 产业层面：为应对气候危机提供“双轨策略”——既可通过杂交育种开发新种，也能用基因编辑升级传统品种。

研究呼吁政策松绑（如将编辑品种归类为“克隆”）、加强跨国协作，并强调表观基因组预测模型将革命性缩短葡萄育种周期。这一框架亦可推广至其他多年生作物（如苹果、咖啡），为农业可持续发展提供范式。