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11月14日，國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然?通訊（Nature Communications）》在線發(fā)表了冬瓜基因組和變異組研究成果，該項(xiàng)目由廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜所、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所、青島農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所、華北理工大學(xué)、加州大學(xué)戴維斯分校等單位共同協(xié)作完成。青島農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院張忠華教授為論文通訊作者，負(fù)責(zé)整個(gè)項(xiàng)目的構(gòu)思、設(shè)計(jì)和組織。

黃瓜、甜瓜、西瓜、葫蘆、冬瓜、南瓜、絲瓜等瓜類作物都屬于葫蘆科，起源于共同的祖先，這些種類繁多的瓜類作物在基因水平上是如何演化形成的，一直是科學(xué)上的未解之謎。11月2日，國際權(quán)威期刊《自然?遺傳學(xué)（Nature Genetics）》分別報(bào)道了甜瓜和西瓜的馴化歷史和果實(shí)品質(zhì)的分子機(jī)制（張忠華教授為共同第一作者），但冬瓜的馴化歷史尚未揭示，冬瓜巨型果實(shí)的分子機(jī)制也有待解析。

此項(xiàng)研究首次繪制了冬瓜的基因組精細(xì)圖譜，并據(jù)此揭示了瓜類作物的基因演化歷史。該研究不僅為葫蘆科進(jìn)化和物種形成提供了新見解，而且為冬瓜等瓜類作物分子生物學(xué)研究和全基因組設(shè)計(jì)育種奠定了基礎(chǔ)，具有重要的科學(xué)和應(yīng)用價(jià)值。

研究發(fā)現(xiàn)，冬瓜含有2萬7千多個(gè)基因，重復(fù)序列的大量擴(kuò)增導(dǎo)致其基因組比其它瓜類作物大2-3倍。研究人員通過比較發(fā)現(xiàn)，冬瓜是所有已知瓜類作物中保留祖先基因狀態(tài)最多的最保守的作物，以此推斷出所有瓜類作物起源于一個(gè)擁有15條染色體的祖先基因組，經(jīng)過多次斷裂和融合等事件后，形成了目前豐富多彩的瓜類作物。

在冬瓜基因組精細(xì)圖譜的基礎(chǔ)上，該項(xiàng)研究又分析了146份冬瓜資源，構(gòu)建了一張包括1600萬個(gè)單核苷酸多態(tài)性位點(diǎn)（SNPs）的全基因組遺傳變異圖譜。研究發(fā)現(xiàn)，冬瓜起源于印度，果實(shí)變大經(jīng)歷了野生種－地方種－栽培種兩步進(jìn)化過程，有上千個(gè)基因發(fā)生了變化，其中兩個(gè)控制冬瓜果實(shí)大小的候選基因還在黃瓜、西紅柿等果實(shí)發(fā)育過程中起到重要作用。

張忠華教授

此前，張忠華教授作為（共同）第一或通訊作者已破譯了第一個(gè)瓜類作物-黃瓜的基因組密碼(Nature Genetics，2009；GigaScience, 2019)，解析了黃瓜的馴化歷史和多樣性遺傳機(jī)制(Nature Genetics，2013)，揭示了甜瓜的馴化歷史和果實(shí)品質(zhì)的分子機(jī)制(Nature Genetics，2019)，闡明了黃瓜全部開雌花的遺傳機(jī)理(Plant Cell，2015)，并為黃瓜苦味物質(zhì)合成和調(diào)控機(jī)理解析提供了關(guān)鍵基因(Science，2014)，這些工作為推動(dòng)瓜類作物研究進(jìn)入組學(xué)時(shí)代和全基因組分子設(shè)計(jì)育種奠定了基礎(chǔ)。研究得到國家自然科學(xué)基金、廣東省科技計(jì)劃、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、泰山學(xué)者計(jì)劃等資助。

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