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北京時間11月2日凌晨，國際學(xué)術(shù)期刊《自然-遺傳學(xué)》（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(xué)院領(lǐng)銜開展的瓜類作物基因組研究成果。

兩項研究分別構(gòu)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(zhì)的遺傳分子機(jī)制。

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(tuán)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(xué)、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、美國康奈爾大學(xué)、法國農(nóng)業(yè)科學(xué)院等19個國內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)，歷時5年，分析了千余份甜瓜種質(zhì)資源的基因組變異，共鑒定了560萬個SNP。

甜瓜資源的地理分布和種群結(jié)構(gòu)

該甜瓜研究團(tuán)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(dǎo)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(guān)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(guān)的候選基因和位點。

值得一提的是，上述19個國內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)共同完成的這項工作是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(fù)雜馴化歷史及重要農(nóng)藝性狀形成的遺傳基礎(chǔ)。

另外，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(tuán)隊協(xié)同鄭州果樹研究所、北京市農(nóng)林科學(xué)院、美國康奈爾大學(xué)組成聯(lián)合攻關(guān)團(tuán)隊，采用單分子測序、光學(xué)圖譜與Hi-C三維基因組聯(lián)合分析，完成了高質(zhì)量的西瓜基因組序列圖譜。繼而對400多份種質(zhì)資源開展了基因組變異分析，共鑒定近2000萬個SNP。

西瓜7個種之間的進(jìn)化關(guān)系和種群結(jié)構(gòu)

研究團(tuán)隊首次明確了西瓜7個種之間的進(jìn)化關(guān)系，發(fā)現(xiàn)野生黏籽西瓜是距現(xiàn)代栽培西瓜親緣關(guān)系最近的種群，也發(fā)現(xiàn)了利用野生西瓜進(jìn)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(guān)聯(lián)的43個信號位點，提供了關(guān)鍵候選基因。

上述兩項成果為西瓜甜瓜種質(zhì)資源研究提供新的理論框架和組學(xué)數(shù)據(jù)，也為西瓜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(xué)價值和實踐意義。

研究團(tuán)隊表示，上述成果的發(fā)表將進(jìn)一步強(qiáng)化中國在瓜類作物基因組學(xué)與分子育種領(lǐng)域的國際領(lǐng)先地位。

值得一提的是，德國萊布尼茨植物遺傳與作物栽培研究所(IPK)Martin Mascher等人還同期發(fā)表了對上述研究的觀點文章。Mascher等人表示，了解農(nóng)作物的馴化歷史，有助于深入了解它們過去適應(yīng)人類需求的基因基礎(chǔ)，并有助于提高未來的育種效率，而最近基因組學(xué)的技術(shù)進(jìn)步促進(jìn)了許多作物物種的進(jìn)化研究。

Mascher等人認(rèn)為，中國科學(xué)家的這兩項基因研究揭示了馴化如何改變甜瓜和西瓜的果實品質(zhì)性狀。團(tuán)隊結(jié)合了種群基因組學(xué)和定量遺傳工具來研究作物進(jìn)化，并為育種者提供了全面的遺傳變異圖譜。