【深圳商报】科学家“顺藤摸瓜”，首次从基因组学角度揭晓西瓜、甜瓜“逆袭”之因

说到西瓜和甜瓜，你脑海中第一个出现的关键词是什么？相信很多人想到的是“甜”。

可是你知道吗？野生西瓜和甜瓜又小又苦，以甜瓜为例，野生果实只有2到3克，现代载培甜瓜体重增加了100多倍到2000倍不等。究竟它们如何“逆袭”成今天“又大又甜”的样子？11月2日终于有科学家从基因组学角度说明白了。

▲甜瓜论文截图

▲西瓜论文截图

11月2日凌晨，国际权威期刊《自然——遗传学》（NatureGenetics）以2篇长篇幅研究论文（ResearchArticle）在线发表了瓜类作物基因组研究的最新科研成果，这两项成果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。

据了解，这两项研究由中国农科院深圳农业基因组研究所（简称“深圳基因组所”）协同北京农林科学院、中国农科院郑州果树研究所、中国农科院蔬菜花卉研究所、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。

西瓜和甜瓜从哪儿来？

深圳基因组所所长、研究员黄三文是这两篇论文的共同通讯作者，与“瓜”有缘的他在2019年初，凭借“黄瓜基因组和重要农艺性状基因研究”获得2018年度国家科技奖自然科学奖二等奖。

▲甜瓜

黄瓜是以黄三文为代表的中国科学家在世界上第一次破译了基因组的蔬菜作物。这次他又带领团队向西瓜与甜瓜发起了科研攻势。“葫芦科西瓜属的西瓜和葫芦科甜瓜属的甜瓜可以说是同一科的‘近亲’，两种瓜都是重要的经济水果，西瓜年产量约为9000万吨，甜瓜年产量约为3200万吨，深受消费者喜爱。”科研人员告诉记者，这两种瓜都已有数千年的栽培历史，但它们是怎么进化到现在的样子，它们的起源和驯化过程都不明确，另外功能基因信息的缺乏也是这两种瓜遗传品质改良的重要瓶颈。

▲西瓜

为了让西瓜和甜瓜的育种更科学，中国农科院郑州果树所在世界范围内收集了千余份甜瓜种质资源，并与北京市农林科学院一起在全世界收集到了400多份西瓜种质资源，然后利用深圳基因组所先进的基因组学创新研究平台，对两种瓜的基因组序列进行研究分析。

拼接出世界上迄今为止最完整西瓜基因组序列

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组装，拼接出了世界上迄今为止最完整的西瓜基因组序列。通过对400多份种质资源开展了基因组变异分析，共鉴定近2000万个碱基之间的差异。

▲西瓜7个种之间的进化关系

在此基础上，研究团队首次明确了西瓜7个种之间的进化关系，分析验证了现代栽培西瓜的“祖先”可能是来自非洲苏丹地区的野生黏籽西瓜，也发现了现代栽培西瓜的某些抗病能力来自于“祖先”的优良基因。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。

甜瓜3次独立驯化结果“异曲同工”

跟西瓜有所不同，现代栽培甜瓜分为了两个外观与口感完全不同的两大类，分别是厚皮甜瓜和薄皮甜瓜，依据是其幼果有无表面绒毛。

▲甜瓜栽培史上可能发生过3次独立驯化事件

甜瓜研究团队分析了千余份甜瓜种质资源的基因组变异后，共鉴定出560万个碱基之间的差异。科研人员发现甜瓜栽培史上可能发生过3次独立驯化事件。其中一次发生在非洲地区；另外两次发生在亚洲地区，分别产生了现在的以哈密瓜为主要代表的厚皮甜瓜，以及以香瓜为代表的薄皮甜瓜。3次独立驯化，结果“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。

▲甜瓜

此外，研究团队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。

将大幅提升育种速度

据介绍，这两项研究受到多项资助，研究成果的发表将进一步强化中国在瓜类作物基因组学与分子育种领域的国际领先地位。

▲专评截图

《自然——遗传学》（Nature Genetics）高度重视这两项研究，同期配发了《甜瓜和西瓜的甜蜜基因》为题的专评和《甜蜜测序》为题的社论，专评指出，这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。

▲社论截图

“西瓜与甜瓜通过传统育种方法，大概要5到6年才能培育出一个品种。”科研人员表示，此次研究将大幅提高西瓜与甜瓜的育种速度。未来，我们将可能很快能够品尝到新品种的西瓜和甜瓜。