北京時間11月2日，《自然-遺傳學》（Nature Genetics）以兩篇長文（Research Article）形式在線發(fā)表了兩項由中國農(nóng)業(yè)科學院領銜開展的瓜類作物基因組研究成果。兩項研究分別構建了甜瓜和西瓜的全基因組變異圖譜，揭示了兩種水果的馴化歷史及果實品質的遺傳分子機制。
據(jù)悉，兩項成果為西甜瓜種質資源研究提供新的理論框架和組學數(shù)據(jù)，也為西甜瓜分子育種提供了大量的基因資源和選擇工具，具有重要科學價值和實踐意義。上述成果的發(fā)表將進一步強化我國在瓜類作物基因組學與分子育種領域的國際領先地位。
甜瓜是一種重要的經(jīng)濟作物，深受各國消費者喜愛。盡管甜瓜的栽培歷史已有數(shù)千年，然而其馴化歷史一直存在爭議。栽培甜瓜被劃分為厚皮甜瓜和薄皮甜瓜兩個亞種，但是二者的馴化和分化的遺傳基礎尚不明確。同時，甜瓜作為一種遺傳多樣性異常豐富的物種，控制其重要農(nóng)藝性狀的基因和位點卻鮮有報道。
據(jù)中國農(nóng)科院鄭州果樹研究所徐永陽研究員介紹，其所在團隊聯(lián)合中國農(nóng)科院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所、西班牙巴塞羅那基因組中心及中國農(nóng)科院蔬菜花卉研究所、青島農(nóng)業(yè)大學、中國農(nóng)業(yè)大學、美國康奈爾大學、法國農(nóng)業(yè)科學院等19個國內外科研機構，歷時5年，共同構建了世界第一個甜瓜全基因組變異圖譜，首次系統(tǒng)闡釋了甜瓜的復雜馴化歷史及重要農(nóng)藝性狀形成的遺傳基礎。甜瓜研究團隊分析了千余份甜瓜種質資源的基因組變異，共鑒定了560萬個SNP。
在此基礎上，團隊發(fā)現(xiàn)甜瓜可能發(fā)生過三次獨立的馴化事件，其中一次發(fā)生在非洲地區(qū)，另外兩次發(fā)生在亞洲地區(qū)并分別產(chǎn)生了厚皮甜瓜和薄皮甜瓜兩個栽培亞種。三次獨立馴化“異曲同工”，都導致野生甜瓜失去了苦味和酸味并獲得了甜味。此外，通過全基因組關聯(lián)分析等手段，定位了200余個與甜瓜苦味、酸味、果實大小、果肉顏色等性狀相關的候選基因和位點。
據(jù)悉，本成果對甜瓜馴化歷史及其分子遺傳基礎的系統(tǒng)解析和一大批與甜瓜重要農(nóng)藝性狀相關的基因和位點的定位，為深化葫蘆科進化研究提供了重要參考，為甜瓜生物學研究和遺傳改良提供了新的工具和數(shù)據(jù)支撐，具有重要的科學價值和現(xiàn)實意義。
據(jù)中國農(nóng)科院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所黃三文研究員介紹，其所在團隊協(xié)同鄭州果樹研究所、北京市農(nóng)林科學院、美國康奈爾大學組成聯(lián)合攻關團隊，采用單分子測序、光學圖譜與Hi-C三維基因組聯(lián)合分析，完成了高質量的西瓜基因組序列圖譜。繼而對400多份種質資源開展了基因組變異分析，共鑒定近2000萬個SNP。在此基礎上，首次明確了西瓜7個種之間的進化關系，發(fā)現(xiàn)野生黏籽西瓜是距現(xiàn)代栽培西瓜親緣關系最近的種群，也發(fā)現(xiàn)了利用野生西瓜進行抗性改良的基因組痕跡。此外，鑒定獲得了與果實含糖量、瓤色、形狀等性狀關聯(lián)的43個信號位點，提供了關鍵候選基因。
據(jù)悉，上述兩項研究是中國農(nóng)科院鄭州果樹研究所及深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所協(xié)同創(chuàng)新的成果，研究受到中國農(nóng)科院科技創(chuàng)新工程、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術體系、國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃、廣東省珠江計劃、深圳市孔雀計劃和大鵬新區(qū)等資助。
