我科學(xué)家揭示瓜類作物演化歷史和果實(shí)大小新機(jī)制

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，其產(chǎn)品器官都是果實(shí)，但果實(shí)的形態(tài)和風(fēng)味豐富多樣。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未解之謎。

2019 年11 月14 日，國際學(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，闡明了黃瓜、甜瓜、西瓜、葫蘆、冬瓜和南瓜等瓜類作物的基因組演化歷史，揭示了冬瓜等果實(shí)在馴化和育種改良過程中由小變大的分子機(jī)制。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)計育種奠定了基礎(chǔ)，具有重要的科學(xué)和應(yīng)用價值。該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。研究發(fā)現(xiàn)，冬瓜含有27 000 多個基因，重復(fù)序列的大量擴(kuò)增導(dǎo)致其基因組比其他瓜類作物大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，該研究又分析了146 份冬瓜資源，構(gòu)建了一張包括1 600 萬個單核苷酸多態(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，有上千個基因發(fā)生了變化，其中兩個控制冬瓜果實(shí)大小的候選基因還在黃瓜、番茄等果實(shí)發(fā)育過程中起到重要作用。

該成果為廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所、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)、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，廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所謝大森研究員和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究生許愿超博士為第一作者，青島農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院張忠華教授和廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所江彪研究員為通訊作者。華北理工大學(xué)王希胤團(tuán)隊是本成果的重要合作者。