葡萄美酒的風(fēng)味密碼

李晨　馬昕怡

“葡萄美酒夜光杯，欲飲琵琶馬上催。”王翰的《涼州詞》說(shuō)明葡萄在唐代已是釀酒的主要原料。

千百年來(lái)，人們?yōu)楹螌?duì)葡萄酒如此癡迷？決定葡萄酒的風(fēng)味因子究竟是什么？

在中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所（以下簡(jiǎn)稱“基因組所”），有這樣一群科學(xué)家，他們不滿足于淺“嘗”輒止，于是循著“美味”的足跡，回溯葡萄萬(wàn)余年的馴化歷史，探尋葡萄隱藏在歲月中的風(fēng)味密碼。

6月6日，《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》（PNAS）在線發(fā)表了基因組所研究員周永鋒課題組在葡萄群體遺傳學(xué)與育種領(lǐng)域的最新研究成果。該研究首次利用機(jī)器學(xué)習(xí)手段和多種遺傳學(xué)方法揭示了葡萄風(fēng)味的形成機(jī)制，解析了馴化對(duì)葡萄基因組的影響，進(jìn)一步闡明了葡萄的馴化歷史。該研究有助于葡萄野生資源的利用，為下一步葡萄培育提供理論支持。

釀酒葡萄風(fēng)味：得益于野生葡萄

葡萄起源于西亞地區(qū)，很快便遍及世界各地。我國(guó)西漢時(shí)期，就有張騫出使西域帶回葡萄的記載。

“一千種葡萄就有一千種風(fēng)味”，道出了決定風(fēng)味的關(guān)鍵要素——葡萄品種。論文共同通訊作者周永鋒告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，目前無(wú)論鮮食還是釀酒的主流葡萄品種多為國(guó)外選育品種，我國(guó)的葡萄酒市場(chǎng)，尤其是高端葡萄酒市場(chǎng)也長(zhǎng)期被西方的進(jìn)口葡萄酒所占據(jù)。

為何源于歐洲的釀酒葡萄品種更受歡迎？

“我們發(fā)現(xiàn)這與來(lái)自歐洲野生葡萄的基因漸滲密切相關(guān)。”周永鋒解釋說(shuō)，基因漸滲即等位基因從一個(gè)物種或種群向另一個(gè)物種或種群的流動(dòng)。

他們分析了包括主要栽培品種、野生葡萄在內(nèi)的300多份重測(cè)序數(shù)據(jù)，對(duì)群體間的分化歷史、漸滲強(qiáng)度和時(shí)間進(jìn)行了準(zhǔn)確詳盡的研究。

他們采用溯祖模擬，不僅再次印證葡萄馴化的一萬(wàn)多年歷史，更進(jìn)一步細(xì)化了歐洲、近東地區(qū)野生葡萄和鮮食、釀酒葡萄之間的馴化和分化歷史。他們發(fā)現(xiàn)，在近2000年左右，栽培葡萄尤其是釀酒葡萄與歐洲野生葡萄有持續(xù)的基因交流，即雜交過(guò)程。

基于機(jī)器學(xué)習(xí)的群體遺傳分析發(fā)現(xiàn)，在整個(gè)釀酒葡萄基因組上，1.82%的區(qū)域來(lái)自歐洲野生葡萄的漸滲，而這些區(qū)域富集到多種代謝途徑基因，表明歐洲野生葡萄對(duì)釀酒葡萄的香味等性狀產(chǎn)生了重要影響。

今酒曾經(jīng)醉古人

當(dāng)代栽培葡萄主要通過(guò)克隆繁殖。此前已有研究發(fā)現(xiàn)，部分現(xiàn)代葡萄品種就是歐洲中世紀(jì)品種的克隆個(gè)體。換言之，現(xiàn)存的部分葡萄栽培種可能保留了古時(shí)候的樣子，從某種意義上來(lái)說(shuō)，我們品著和古人同樣的酒。

不過(guò)，論文共同第一作者、基因組所博士后肖華告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，即便是克隆個(gè)體，它們的基因序列也并非一成不變。在不斷的克隆繁殖中，變異會(huì)以雜合態(tài)的形式在基因組中不斷積累，影響著葡萄的育種。在實(shí)生苗培育過(guò)程中，研究人員發(fā)現(xiàn)，用葡萄的種子種出的后代很難成活，部分原因就是克隆繁殖引起的后遺癥。

他們通過(guò)正向模擬發(fā)現(xiàn)，100代內(nèi)，克隆群體能更快地選擇有利變異，清除有害變異，但最后保留下來(lái)的變異大部分都以雜合態(tài)的形式存在于基因組中。而雜交群體需要更久的時(shí)間，例如超過(guò)500代以上，才能達(dá)到一個(gè)新的平衡態(tài)，但對(duì)于滲入的外緣等位基因，雜交群體具有更強(qiáng)的選擇效率，能夠清除更多的有害變異。該研究揭示了基因變異隱藏在不同繁殖方式背后的變化規(guī)律。

培育優(yōu)質(zhì)葡萄品種

周永鋒說(shuō)，目前，作物育種技術(shù)已發(fā)展到全基因組設(shè)計(jì)育種階段，即在育種過(guò)程中選擇性地快速聚合有利變異、移除有害變異，從而達(dá)到快速高效育種的目的。然而現(xiàn)代育種技術(shù)在葡萄育種過(guò)程中的應(yīng)用十分有限，葡萄育種暫時(shí)還停留在2.0階段，即雜交育種，主要原因是育種體系落后，仍依賴于大規(guī)模、長(zhǎng)時(shí)間的雜交篩選育種。我國(guó)廣泛種植的鮮食葡萄品種大多來(lái)自日本，而釀酒葡萄來(lái)自歐美，種業(yè)卡脖子問(wèn)題尤為突出。

不過(guò)，我國(guó)擁有豐富的野生葡萄資源，葡萄屬70多個(gè)種中我國(guó)就有近40種。“如何充分利用這些野生葡萄的豐富基因資源，加快落實(shí)現(xiàn)代育種技術(shù)的應(yīng)用和培育優(yōu)良葡萄新品種是現(xiàn)階段最主要的葡萄育種目標(biāo)和策略。”周永鋒說(shuō)。

由于葡萄酒的高附加價(jià)值，葡萄是經(jīng)濟(jì)價(jià)值最高的作物之一。然而，目前我國(guó)的高端葡萄酒嚴(yán)重依賴進(jìn)口。周永鋒認(rèn)為，通過(guò)種業(yè)創(chuàng)新，培育我國(guó)自有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的釀酒葡萄新品種，是我國(guó)由葡萄酒進(jìn)口國(guó)轉(zhuǎn)為出口國(guó)的必由之路。

◎ 來(lái)源|中國(guó)科學(xué)報(bào)