世界首個甜瓜全基因組變異圖譜構建

日前，《自然—遺傳學》（Nature Genetics）以兩篇長文（Research Article）形式在線發表了兩項由中國農業科學院領銜開展的瓜類作物基因組研究成果。兩項研究分別構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的遺傳分子機制。

據悉，兩項成果為西甜瓜種質資源研究提供了新的理論框架和組學數據，也為西甜瓜分子育種提供了大量的基因資源和選擇工具，並將進一步強化我國在瓜類作物基因組學與分子育種領域的國際領先地位。

甜瓜是一種重要的經濟作物，深受各國消費者喜愛。儘管甜瓜的栽培歷史已有數千年，然而其馴化歷史一直存在爭議。栽培甜瓜被劃分為厚皮甜瓜和薄皮甜瓜兩個亞種，但是二者馴化和分化的遺傳基礎尚不明確。同時，甜瓜作為一種遺傳多樣性異常豐富的物種，控制其重要農藝性狀的基因和位點卻鮮有報道。

中國農科院鄭州果樹研究所研究員徐永陽介紹，其所在團隊聯合中國農科院深圳農業基因組研究所、西班牙巴塞羅那基因組中心及中國農科院蔬菜花卉研究所等19個國內外科研機構，歷時5年，共同構建了世界第一個甜瓜全基因組變異圖譜，首次系統闡釋了甜瓜的複雜馴化歷史及重要農藝性狀形成的遺傳基礎。甜瓜研究團隊分析了千餘份甜瓜種質資源的基因組變異，共鑑定了560萬個SNP（單核苷酸多態性）。

研究團隊發現，甜瓜在漫長的進化過程中，可能發生過3次獨立的馴化事件。其中一次發生在非洲地區，另外兩次發生在亞洲地區，並分別產生了厚皮甜瓜和薄皮甜瓜兩個栽培亞種。有意思的是，3次馴化雖然獨立發生，但是卻有着異曲同工之妙，它們都導致野生甜瓜失去了苦味和酸味並獲得了甜味。

科學家們通過全基因組關聯分析等手段，定位了200餘個與甜瓜苦味、酸味、果實大小、果肉顏色等性狀相關的候選基因和位點。“這為深化葫蘆科進化研究提供了重要參考，為甜瓜生物學研究與遺傳改良提供了新的工具和數據支撐。”徐永陽説。

高質量的西瓜基因組序列圖譜也被中國農科院深圳農業基因組研究所研究員黃三文及聯合團隊攻關成功。據悉，團隊採用單分子測序、光學圖譜與Hi-C三維基因組聯合分析，完成了高質量的西瓜基因組序列圖譜，繼而對400多份種質資源開展了基因組變異分析，共鑑定近2000萬個SNP。

在此基礎上，科學家們首次明確了西瓜7個種之間的進化關係，發現野生黏籽西瓜是距現代栽培西瓜親緣關係最近的種羣，也發現了利用野生西瓜進行抗性改良的基因組痕跡。鑑定獲得了與果實含糖量、瓤色、形狀等性狀相關的43個信號位點，提供了關鍵候選基因。