我國科學(xué)家首次揭示西瓜與甜瓜“甜蜜基因”

作為甜蜜美味的世界性水果，西瓜與甜瓜同屬于葫蘆科植物。在沒有被人類馴化以前，絕大多數(shù)甜瓜與西瓜并不甜，西甜瓜的味道、外觀和果肉顏色與現(xiàn)在西甜瓜相差甚遠(yuǎn)。最近，我國科學(xué)家揭示了西瓜與甜瓜的“甜蜜基因”。

北京時間11 月2 日零點，《自然-遺傳學(xué)》以兩篇長文形式在線發(fā)表了2 項由我國科學(xué)家主導(dǎo)的瓜類作物基因組研究成果，并同時刊發(fā)了相應(yīng)的專評和社評。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)介紹，上述兩項研究是中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院鄭州果樹研究所、北京市農(nóng)林科學(xué)院及中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院（深圳）農(nóng)業(yè)基因組研究所協(xié)同創(chuàng)新的成果。

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)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、青島農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國農(nóng)科院蔬菜花卉研究所、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，共同構(gòu)建了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)。

甜瓜研究團(tuán)隊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。群體結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)，甜瓜至少經(jīng)歷過3 次獨立的馴化事件（兩次發(fā)生在印度，一次發(fā)生在非洲）。厚皮甜瓜和薄皮甜瓜亞種分別是從印度不同的野生群體馴化而來的。3 次獨立馴化有著“ 異曲同工”之處，都導(dǎo)致野生甜瓜苦味和酸味的喪失、甜味的出現(xiàn)。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。

北京市農(nóng)林科學(xué)院許勇團(tuán)隊、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院鄭州果樹所劉文革團(tuán)隊、美國康奈爾大學(xué)Boyce Thompson 研究所費章君團(tuán)隊和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所黃三文團(tuán)隊等組成聯(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，完成了全新一代西瓜基因組高質(zhì)量精細(xì)圖譜繪制。這是迄今為止最高質(zhì)量的西瓜基因組序列圖譜。

西瓜攻關(guān)團(tuán)隊繼而對400 多份種質(zhì)資源開展了基因組變異分析，共鑒定2 000 萬個SNP。在此基礎(chǔ)上，首次明確了西瓜7 個種之間的進(jìn)化關(guān)系，發(fā)現(xiàn)野生黏籽西瓜是與現(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。

我國是西瓜與甜瓜的生產(chǎn)大國，同時也是消費大國。國家西甜瓜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系首席科學(xué)家、北京市農(nóng)林科學(xué)院許勇研究員表示，技術(shù)革新必將催生農(nóng)產(chǎn)品新品種的誕生并推動西瓜與甜瓜產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。