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科研进展| 基因组所协同创新揭示西甜瓜驯化的基因组历史

来源: 发布者: 时间:2019年11月02日

  11月2日,国际权威期刊《自然-遗传学》(Nature Genetics)以2篇长篇幅研究论文(Research Article)在线发表了瓜类作物基因组研究的最新科研成果。两项研究分别构建了甜瓜和西瓜的全基因组变异图谱,揭示了两种水果的驯化历史及果实品质的遗传分子机制。

  

  甜瓜研究团队分析了千余份甜瓜种质资源的基因组变异,共鉴定了560万个SNP。在此基础上,发现甜瓜可能发生过三次独立的驯化事件,其中一次发生在非洲地区,另外两次发生在亚洲地区并分别产生了厚皮甜瓜和薄皮甜瓜两个栽培亚种。三次独立驯化“异曲同工”,都导致野生甜瓜失去了苦味和酸味并获得了甜味。此外,通过全基因组关联分析等手段,定位了200余个与甜瓜苦味、酸味、果实大小、果肉颜色等性状相关的候选基因和位点。

  

  基因组所协同北京市农林科学院等国内外西瓜研究团队首先采用单分子测序、光学图谱与Hi-C三维基因组联合分析,完成了高质量的西瓜基因组序列图谱。继而,对400多份种质资源开展了基因组变异分析,共鉴定近2000万个SNP。在此基础上,首次明确了西瓜7个种之间的进化关系,发现野生黏籽西瓜是距现代栽培西瓜亲缘关系最近的种群,也发现了利用野生西瓜进行抗性改良的基因组痕迹。此外,鉴定获得了与果实含糖量、瓤色、形状等性状关联的43个信号位点,提供了关键候选基因。

  Nature Genetics高度重视这两项研究。同期配发了德国莱布尼兹植物遗传研究所的Martin Mascher教授等人撰写的以“甜瓜和西瓜的甜蜜基因”为题的专评和以“甜蜜测序”为题的社论。专评指出两项研究利用群体基因组和数量遗传工具,揭示了驯化如何改变西甜瓜的果实品质。社论认为基因组学正在加速我们对自己喜爱食物(包括西甜瓜)的起源、进化和生物学的理解,指出农业基因组学旨在提高人类赖以生存的农作物的产量和品质,将会带来“甜蜜”的回报。

  基因组所黄三文研究员是两篇论文的共同通讯作者。此前他的团队和国内外优势单位合作,破译了第一个瓜类作物-黄瓜的基因组密码并构建了其全基因组变异图谱(Nature Genetics 2009,2013),发现了黄瓜苦味物质的合成和调控机理并揭示了瓜类作物趋同驯化的现象(Science 2014; NaturePlants 2016),并克隆了多个农艺性状基因(Plant Cell 2015, 2019; MolecularPlant 2015, 2016, 2017),推动瓜类育种进入组学时代。这两篇力作的发表将进一步强化我国在瓜类作物基因组学与分子育种领域的国际领先地位。

  这两项研究是基因组所协同北京市农林科学院、本院郑州果树所、蔬菜花卉所、青岛农大、美国康奈尔大学和西班牙巴塞罗那农业基因组中心等国内外多家学术机构共同完成的。项目受到中国农科院科技创新工程、国家自然科学基金、国家重点研发计划、广东省珠江计划、深圳市孔雀计划和大鹏新区等资助。

  

  文章链接:

  甜瓜文章:A comprehensive genome variation map of melon identifies multipledomestication events and loci influencing agronomic traits. (https://www.nature.com/articles/s41588-019-0522-8

  西瓜文章:Resequencing of 414 cultivated and wild watermelon accessionsidentifies selection for fruit quality traits. (https://www.nature.com/articles/s41588-019-0518-4

  同期专评:Sweet genes in melon and watermelon(https://www.nature.com/articles/s41588-019-0529-1

  社论:Sweet sequencing (https://www.nature.com/articles/s41588-019-0533-5)

  

  

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