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冬瓜基因组揭示瓜类作物演化历史和果实大小新机制

—最新研究成果于《自然?通讯》杂志发表

来源:生物技术研究室 发布时间:11-20 作者:张忠华 点击量:

    2019年11月14日,国际权威学术期刊《自然?通讯(Nature Communications)》在线发表了冬瓜基因组和变异组研究成果,阐明了黄瓜、甜瓜、西瓜、葫芦、冬瓜和南瓜等瓜类作物的基因组演化历史,并揭示了冬瓜等果实在驯化和育种改良过程中由小变大的分子机制。
    黄瓜、甜瓜、西瓜、葫芦、冬瓜、南瓜、丝瓜等瓜类作物都属于葫芦科,起源于共同的祖先,其产品器官都是果实,但它们的形态和风味丰富多样,这些种类繁多的瓜类作物在基因水平上如何演化形成的一直是科学上的未解之谜。本研究首次绘制了冬瓜的基因组精细图谱,含有2万7千多个基因,重复序列的大量扩增导致基因组比其它瓜类作物大2-3倍。通过比较研究,发现冬瓜是所有已知瓜类作物保留最多祖先基因状态的最保守作物,以此推断出所有瓜类作物起源于一个拥有15条染色体的祖先基因组,经过多次断裂和融合等事件形成了目前丰富多彩的瓜类作物。
    瓜类作物的果实都经历了由小变大的过程,本月2日国际权威期刊《自然?遗传学(Nature Genetics)》分别报道了甜瓜和西瓜的驯化历史和果实品质的分子机制,但冬瓜的驯化历史尚未揭示,冬瓜果实长度可达1米,巨型果实的分子机制也有待解析。在冬瓜基因组精细图谱的基础上,本研究又分析了146份冬瓜资源,构建了一张包括1600万个单核苷酸多态性位点(SNPs)的全基因组遗传变异图谱,发现冬瓜也起源于印度,果实变大经历了野生种-地方种-栽培种的两步进化过程,有上千个基因发生了变化,其中两个控制冬瓜果实大小的候选基因还在黄瓜、西红柿等果实发育过程中起重要作用。
    本研究不仅为葫芦科进化和物种形成提供新见解,而且为冬瓜等瓜类作物分子生物学研究和全基因组设计育种奠定基础,具有重要的科学和应用价值。
    该成果为广东省农业科学院蔬菜所、十博滚球指数网、青岛农业大学、中国农业科学院深圳农业基因组研究所、华北理工大学、加州大学戴维斯分校等单位共同协作完成,广东省农业科学院蔬菜所谢大森研究员和中国农业科学院研究生许愿超博士为第一作者,十博滚球指数网张忠华研究员和广东省农业科学院蔬菜所江彪研究员为通讯作者。华北理工大学王希胤团队是本成果的重要合作者。
    该研究得到了国家自然科学基金、广东省科技计划、国家重点研发计划、泰山学者计划等资助。

    链接:The wax gourd genomes offer insights into the genetic diversity and ancestral cucurbit karyotype (https://www.nature.com/articles/s41467-019-13185-3)

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