科学松鼠会 柑橘家的混乱八卦史,都上《Nature》了!
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科学松鼠会 柑橘家的混乱八卦史,都上《Nature》了!
时间:2018-07-21 10:43来源:www.nxncp.cn 作者:新开传奇发布网 点击:

如果用一个字儿来形容柑橘家族里那些个亲戚之间的事情,那就是“乱”,如果要再加一个形容词的话,那就是“特别乱”。整个柑橘家亲戚的故事堪比神话。

在我之前的文章《柑橘家的混乱事儿》中曾经用当时已经发表的研究成果,梳理过柑橘家谱的“草图”。简单来说,当时人们认为,庞大的柑橘家族虽然人丁兴旺,但是除了少数成员之外,绝大多数品种都是宽皮橘(Citrus reticulata)、柚(C. maxima)和香橼(C. medica,也叫枸橼)这3个野生种的后代。

2012年人们对柑橘家族的认知,大概是这样一个过程。制图:老猫

2012年人们对柑橘家族的认知,大概是这样一个过程。制图:老猫

然而,柑橘家实在是太乱了,这张“草图”里还有很多不确定的地方。所以长久以来,给柑橘家族编制一个靠谱的家谱,仍然是科学家们日思夜想的事儿。这事儿是因为柑橘不但好吃,还是世界水果贸易的重头。

随着技术手段的进步,在吃了大量橘子、橙子和柚子在进行了大量的DNA分析之后,美国能源部联合基因组研究所的科学家终于理清了柑橘家的家谱,新开传奇页游,在《自然》杂志上发了一篇超长的论文,加上附件足足有20页。

这篇超长论文的内容总结起来大概就这么几句话:

第一,我们吃的柚子是柚子,香橼是香橼,橙子是橙子,但橘子不一定是橘子。

第二,世界上所有的柑橘都是相亲相爱的一家人,香橼只当爸,柚子只当妈,橘子既当爸也当妈。

第三,柑橘全家很可能都是“喜马拉雅山人”,800万年前下山之后,东去宝岛,南去澳洲,一切随缘。

然后,通篇文章里都潜藏着作者的怨念,这些关系太难搞了,太难搞了!你们柑橘家的关系还能更混乱一点吗?

答案是,它们可以的。

德国骨科都救不了的新版柑橘家族树。图片来源:参考文献[1] | 汉化:刘夙

德国骨科都救不了的新版柑橘家族树。图片来源:参考文献[1] | 汉化:刘夙

查个柑橘家谱为啥这么难

柑橘家的家谱为啥那么难查,那是因为这个家族实在是太乱了。通常来说,在自然界,物种之间都会有一定的界限避免串种,科学的说法叫生殖隔离。打个比方就是,猫和老虎是无法产生后代的。然而柑橘他们家,每个原变种之间,杂交种之间,杂交种和原变种之间都可以进行杂交,牛不牛?

对于像柑橘这样依靠传播花粉产生后代的植物来说,生殖隔离通常有两种途径,一是,避免自己的花粉落在其他植物的雌蕊之上,很多兰花精于此道,它们会雇佣特定的传粉动物,让动物把花粉放在特定的位置(额头,嘴巴边或者屁股上)来实现精准投递。二是,避免外来的奇奇怪怪的花粉在自己的雌蕊上萌发,产生意外的结合,即便精子和卵子结合,也很快就死去了。各种靠风传播的植物,比如说像小麦水稻,各种禾本科的植物就是依赖这种方式。

但是对柑橘家来说,这两个界限都没有。也就是说,柑橘家的任意两个物种,甚至是杂交出现的新物种搞在一起都是很正常的。混乱的背景就此形成。在这个过程中,人类也来添乱,在水果种植中经常使用的嫁接和芽变筛选,就是两个超级麻烦的影响因素。很多无记载的栽培柑橘,根本就不知道它们跟原生种到底有啥关联。

想搞清楚柑橘家里的关系,只能依靠基因对比分析。但研究人员对DNA位点的艰苦筛选和分析,是个超级麻烦,超级需要时间的工作。虽然柑橘类水果的基因组规模一般只有人类基因组中规模的1/8,但以过去的技术,测定这样的一个基因组,至少也得2~3年的时间。还好,新技术的出现把这个时间缩短到了不到半个小时。于是,研究人员这次一口气测定了了30个柑橘类野生和栽培品系的全基因组,再把已经发表的另外30套全基因组数据通通下载回来一起分析,终于得出了一个接近真实的柑橘的家谱。

新技术的发展不仅大大加快了基因组测序的速度,成本也显著下降了。本世纪初,人类全基因组测序需要1亿美元,而现在,只要1000美元上下。图片来源:Wiki commons | 制图:Ben Moore, grendel|khan

新技术的发展不仅大大加快了基因组测序的速度,成本也显著下降了。本世纪初,人类全基因组测序需要1亿美元,而现在,只要1000美元上下。图片来源:Wiki commons | 制图:Ben Moore, grendel|khan

从喜马拉雅来的柑橘元老

大约800万年前,整个柑橘家族很可能都起源于喜马拉雅地区。其中我国云南的西南部,印度的阿萨姆地区以及相邻的区域是起源的中心。也就是说,世界上所有柑橘类水果的根都在这座著名的山脉之下。

800万年前是中新世晚期,那时的地球气候发生了一次剧烈的变化。来自海洋的季风消失了,整个大陆都变得干燥起来。在柑橘家族身上我们确实能看到一些为适应干旱环境准备的特征,比如小片肉乎乎的叶片表面还覆盖着致密的白表皮,这显然是为了应对相应的干旱环境而存在的,与那些生活在雨林中的植物完全不同。

柑橘的祖先走下喜马拉雅山之后,一路向西,一路向东,一路向南,最先分化出来的是莽山野橘(Citrus mangshanensis)和宜昌橙(Citrus ichangensis)。注意,这俩植物跟橘子和橙子并没有啥关系,只是有个共同祖先的远房亲戚而已。

到了距今600万年前,一路向西的柑橘家族中产生了三元老之一的香橼(Citrus medica),而向南的行进路线上出现了柚子(Citrus maxima),向东的路线上出现了小花橙(Citrus micrantha)和金柑(Fortunella japonica)。

向南行进的柑橘们,一路拼杀到了澳大利亚,在距今400万年前,在澳洲生根发芽,衍生出了像指头一样细长的澳洲指橙(Citrus australasica,就是那个果肉像鱼子酱的特殊柑橘品种),以及圆乎乎表面抽抽巴巴的澳洲来檬(Citrus australis)和澳洲沙地橘(Citrus glauca)。

在距今200万年的时候,柑橘家最最最重要的物种出现了,那就是宽皮橘(Citrus reticulata)。可以迅速剥皮的物种,后来成为商品柑橘家族的核心——作为商品的柑橘类水果,可以跟柚子没关系,可以跟香橼没关系,但多多少少都与宽皮橘有关系。随着干旱的持续,海平面下降,宽皮橘的小弟立花橘(Citrus tachibana)顺利通过了露出地面的台湾地峡,进入我国台湾省。

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