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11月2日，國際權(quán)威期刊《自然-遺傳學(xué)》（Nature Genetics）以研究論文形式在線發(fā)表了甜瓜馴化和重要農(nóng)藝性狀形成機制的研究成果。該成果為中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院鄭州果樹研究所、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所、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)、西班牙巴塞羅那食品科學(xué)院等19個單位歷時5年共同協(xié)作完成，青島農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院院長張忠華教授為論文共同第一作者。

甜瓜是一種重要的經(jīng)濟作物，位居世界十大水果之列，栽培歷史悠久，然而其起源中心和馴化歷史一直存在爭議。栽培甜瓜被劃分為厚皮和薄皮甜瓜兩個亞種，二者的馴化和分化遺傳基礎(chǔ)尚不明晰。此外，甜瓜作為一種遺傳多樣性異常豐富的物種，控制其重要農(nóng)藝性狀的基因和位點卻鮮有報道。

該研究對目前世界上數(shù)量最大、涵蓋類型最全的1184份甜瓜種質(zhì)資源（近緣種、野生種及栽培種）進行5倍左右的深度全基因組重測序，獲得了約4.3Tb的數(shù)據(jù)，共發(fā)掘了甜瓜全基因組范圍內(nèi)560余萬個SNPs標(biāo)記和95萬個indel（5bp以內(nèi)）標(biāo)記，成功構(gòu)建了世界上第一個甜瓜全基因組變異圖譜。

甜瓜的馴化和多樣性

課題研究發(fā)現(xiàn)，甜瓜種質(zhì)分為三個明顯的類群,，分別對應(yīng)于比較原始的非洲地區(qū)的甜瓜材料、厚皮甜瓜材料和薄皮甜瓜材料，每個大的類群內(nèi)部又可進一步劃分出相應(yīng)的野生和栽培材料，表明甜瓜可能發(fā)生過三次獨立的馴化事件，一次發(fā)生在非洲地區(qū)，兩次發(fā)生在亞洲地區(qū)，并且發(fā)生在亞洲地區(qū)的兩次馴化事件分別產(chǎn)生了厚皮甜瓜和薄皮甜瓜兩個大的栽培亞種，兩次事件分別馴化了不同的基因，從而導(dǎo)致了這些馴化性狀的改變。厚皮甜瓜馴化過程使一個苦味合成基因功能喪失，導(dǎo)致果實永遠不苦，而薄皮甜瓜馴化部分改變了苦味調(diào)控基因，導(dǎo)致果實不利條件仍然變苦。

結(jié)合數(shù)量性狀遺傳定位、全基因組關(guān)聯(lián)（GWAS）以及基因表達等分析手段，課題組對甜瓜的苦味、酸味、果實大小、果肉和果皮顏色等重要性狀進行了系統(tǒng)研究，定位了200余個與甜瓜重要農(nóng)藝性狀相關(guān)的候選基因和位點，其中鑒定到了一個MADS-box家族基因，該基因的表達差異可導(dǎo)致甜瓜果皮條紋的改變。

張忠華教授介紹，該研究成果是我國在甜瓜基因組學(xué)和群體遺傳學(xué)研究領(lǐng)域取得的重大進展，為深化葫蘆科進化研究提供了重要依據(jù)，為甜瓜重要性狀定向育種提供了較為精準(zhǔn)的標(biāo)記和基因資源。此項課題研究得到了國家自然科學(xué)基金、國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程、廣東省高層次人才計劃、深圳市孔雀計劃等項目的資助。

Nature Genetics期刊高度重視此成果和同時發(fā)表的西瓜基因組研究成果，同期配發(fā)了德國萊布尼茲植物遺傳研究所Martin Mascher教授等人撰寫的以"甜瓜和西瓜的甜蜜基因"為題的專評和以"甜蜜測序"為題的社論。專評指出，兩項研究利用群體基因組和數(shù)量遺傳工具，揭示了馴化如何改變西甜瓜的果實品質(zhì)。社論認(rèn)為，基因組學(xué)正在加速我們對自己喜愛食物（包括西甜瓜）的起源、進化和生物學(xué)的理解，指出農(nóng)業(yè)基因組學(xué)旨在提高人類賴以生存的農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，將會帶來"甜蜜"的回報。

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文章素材來源：青島農(nóng)業(yè)大學(xué)官網(wǎng)

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