Shiikuwasha har ett viktigt kommersiellt värde i Okinawa och används för att skapa många olika produkter. Inom Okinawa är Oogimi och Katsuyama det största citrusproduktiva området i Okinawa. Den här bilden visar produkter från Katsuyama. Kredit:Katsuyama Shiikuwasha Co., Ltd.
- Citrusfrukter från mandarinfamiljen har ett viktigt kommersiellt värde men hur deras mångfald uppstod har varit något av ett mysterium
- Forskare analyserade genomen för de östasiatiska sorterna och fann ett andra centrum för mångfald på Ryukyu-öarna tillsammans med det tidigare kända centret i bergen i södra Kina
- De upptäckte en ny citrusart hemmahörande i Okinawa som uppstod för cirka två miljoner år sedan när Ryukyu-skärgården kopplades bort från Asiens fastland
- Andra citrusfrukter från Okinawa och Japans fastland, inklusive shiikuwasha och tachibana, är hybrider av denna nyupptäckta vilda art med olika asiatiska fastlandsvarianter
- Denna forskning kan ha kommersiella implikationer och öppnar potentialen för att skapa ytterligare hybrider med gynnsamma egenskaper
Citrusfrukter från mandarinfamiljen är populära över hela världen för sina välsmakande och hälsosamma egenskaper. Inom Japan är den lilla shiikuwasha och den dekorativa tachibanan av särskild kulturell och historisk betydelse. Men ursprunget för dessa två sorter, och andra östasiatiska citrusfrukter, var alltid något av ett mysterium, fram till nu.
I en ny studie, publicerad i Nature Communications , forskare från Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST), och medarbetare från andra institut, analyserade 69 genom från den östasiatiska mandarinfamiljen, tillsammans med deras asiatiska släktingar på fastlandet, för att avslöja en långtgående historia om isolering, lång- distansresor och hybridisering.
Shiikuwasha har ett viktigt kommersiellt värde i Okinawa och används för att skapa många olika produkter. Inom Okinawa är Oogimi och Katsuyama det största citrusproduktiva området i Okinawa. Den här bilden visar produkter från Oogimi. Kredit:Hidekazu Sumi
Historien börjar i Hunan-provinsen i södra Kina, som är centrum för mångfalden av vilda mandariner och den genetiska källan till de flesta välkända mandariner. När forskarna analyserade tidigare publicerade genomiska data på nytt fann de oväntat att vilda mandariner i denna bergsregion delas upp i två underarter.
"Vi fann att en av dessa mandarinunderarter kan producera avkomma som är genetiskt identiska med modern", säger Dr Guohong Albert Wu, en forskningssamarbetspartner vid Lawrence Berkeley National Laboratory i Kalifornien. "Som många andra växter, reproducerar vild citrus vanligtvis när faderns pollen kombineras med moderns ägg och blandar generna från båda föräldrarna i fröet. Men vi hittade en underart av vilda mandariner från Mangshan, i södra Kina, där fröet innehåller en identisk kopia av moderns DNA utan någon indata från en far. Så fröet växer till att bli en klon av moderträdet.”
En shiikuwasha-blomma fotograferad i Ōgimi, Okinawa. Forskarna fann att denna välkända växt är både en hybrid och en klon. Kredit:Dr. Chikatoshi Sugimoto
Tillbaka i Okinawa tittade forskarna mer noggrant på en konstig shiikuwasha-liknande citrus som producerar små, sura frukter och som hade ignorerats av lokala bönder eftersom den har lite kommersiellt värde. Till sin förvåning fann de att denna märkliga citrus representerade en tidigare obeskriven art, som de kallade Ryukyu-mandarinen eller, mer formellt, Citrus ryukyuensis . Och i motsats till den välkända shiikuwasha, som förökar sig klonalt (som underarten i Mangshan), reproducerar den nya arten alltid sexuellt.
Anmärkningsvärt nog fann forskarna att alla shiikuwasha är hybrider av en mycket specifik typ - en förälder är från den lokala Ryukyuan-arten och den andra från fastlandet Asien. Överraskande nog har alla shiikuwasha samma mandarinförälder på fastlandet, vilket betyder att alla shiikuwasha är halvsyskon.
De drog slutsatsen att för tiotusentals år sedan transporterades en asiatisk mandarin på fastlandet, antingen av människor eller med naturliga metoder, till landet som skulle bli Ryukyu-öarna. Där parade den sig med den inhemska Ryukyu-citrusen. Forskarna spårade härkomsten till denna asiatiska mandarin på fastlandet tillbaka till Mangshan, där den fick sin förmåga att föröka sig asexuellt. Denna förmåga fördes vidare till sina barn.
Således härstammar alla shiikuwasha-varianter som finns på Okinawas marknader idag från denna parning och reproducerar sig asexuellt, vilket gör att stabila sorter som gyllene shiikuwasha kan förökas från generation till generation.
Och hur är det med tachibana och de andra östasiatiska mandarinvarianterna?
"De är alla hybrider!" förklarade Dr. Chikatoshi Sugimoto, postdoktor vid OISTs Molecular Genetics Unit. "Tachibana härstamningen verkar också ha härstammat från den nyligen beskrivna Ryukyu-arten och en annan mandarin från Kina, men dess födelseplats var förmodligen det som nu är fastlandet i Japan."
När de såg det genetiska mönstret i shiikuwasha och tachibana, kände forskarna också igen en annan halvsyskonfamilj bestående av olika traditionella Ryukyuan-typer - oto, kabuchii, tarogayo och andra namnlösa citrusfrukter. Denna familj, som forskarna kallade "yukunibu" (sur citrus på det inhemska okinawaniska språket), är mycket yngre än shiikuwasha och tachibana. Det uppstod när den berömda kunenbo - också fadern till satsumamandarinerna - hybridiserade med den inhemska Ryukyu-mandarinen. Kunenbo fördes till Okinawa från Indokina för cirka 4-500 år sedan genom sjöfart. Liksom fastlandets föräldrar till shiikuwasha och tachibana kunde den också klona sig själv med frön, på grund av dess avlägsna Mangshan-härkomst, och den förde denna egenskap vidare till sina barn.
"Det är fascinerande att förbrylla historien om mandarin-diversifiering och dess förhållande till biogeografin i regionen", avslutade Prof. Dan Rokhsar, chefsutredare för OIST:s Molecular Genetics Unit. "Men det kan också ha kommersiellt värde. Vilka andra möjligen hybridtyper finns det? Kan vi skapa nya hybrider som är mer motståndskraftiga mot sjukdomar eller torka, eller har andra önskvärda egenskaper? Genom att se in i det förflutna kan vi skapa alla möjliga möjligheter för framtiden.”
Referens:"Diversifiering av mandarincitrus genom hybridspeciering och apomixis" av Guohong Albert Wu, Chikatoshi Sugimoto, Hideyasu Kinjo, Chika Azama, Fumimasa Mitsube, Manuel Talon, Frederick G. Gmitter Jr. och Daniel S. Rokhsar, 26 juli 2021, Naturkommunikation .
DOI:10.1038/s41467-021-24653-0
För att reda ut denna mångfald arbetade forskarna nära med industri och individer i Okinawa, inklusive Okinawa Prefectural Agricultural Research Center, Nago Branch, Katsuyama Shiikuwasha och den lokala bonden Hiroshi Kobashigawa.
