東北農(nóng)業(yè)大學(xué)利用大規(guī)模群體測(cè)序數(shù)據(jù)揭示甜瓜改良遺傳基礎(chǔ)及關(guān)鍵信號(hào)

東北農(nóng)業(yè)大學(xué)欒非時(shí)教授團(tuán)隊(duì)利用全基因組重測(cè)序技術(shù)，揭示了297份甜瓜種質(zhì)資源果實(shí)性狀進(jìn)化與改良過程中的關(guān)鍵信號(hào)與位點(diǎn)被選擇事件，在國際知名植物學(xué)期刊《Plant Biotechnology Journal》上在線發(fā)表了題為“Resequencing 297 melon accessions reveals the genomic history of improvement and loci related to fruit traits in melon”的研究論文，該研究為甜瓜進(jìn)化和關(guān)鍵農(nóng)藝性狀改良提供了基因組學(xué)理論基礎(chǔ)，為進(jìn)一步開展甜瓜品質(zhì)育種提供重要基因資源與數(shù)據(jù)參考。

該團(tuán)隊(duì)在已獲得的甜瓜短毛亞種（ssp.agrestis，多以薄皮為主）與長毛亞種（ssp.melo，多以厚皮為主）獨(dú)立馴化研究結(jié)果基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)與野生甜瓜相比，同為栽培類型的地方種和改良種在群體結(jié)構(gòu)和進(jìn)化方面存在明顯差異，進(jìn)一步提出了野生材料—地方種—改良種的甜瓜“Two-step”獨(dú)立馴化模式。結(jié)合全基因組關(guān)聯(lián)分析獲得了8個(gè)影響果實(shí)形狀的馴化改良位點(diǎn)；在果肉厚度方面，檢測(cè)到7個(gè)調(diào)控果肉厚度的馴化改良位點(diǎn)，甜瓜2個(gè)亞種在果實(shí)形狀和果肉厚度方面受到的選擇位點(diǎn)差異較大。ssp.melo亞種的果肉厚度在改良過程中具有更多選擇位點(diǎn)，可能是其形成較厚果肉的主要原因。利用全基因組關(guān)聯(lián)分析檢測(cè)到了調(diào)控甜瓜心室數(shù)的關(guān)鍵基因CmCLV3，發(fā)現(xiàn)該基因也對(duì)甜瓜的果實(shí)形狀形成具有影響。

與野生甜瓜及其他葫蘆科作物相比，栽培種甜瓜果實(shí)在成熟時(shí)具有獨(dú)特的芳香性氣體，從野生甜瓜到地方種的馴化過程，在甜瓜基因組11號(hào)染色體上明顯受選擇區(qū)段內(nèi)檢測(cè)到調(diào)控芳香性氣體形成的關(guān)鍵基因CmAATs。利用已經(jīng)公布的4套甜瓜轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)分析后發(fā)現(xiàn)，在甜瓜果實(shí)發(fā)育過程中，隨著芳香性氣體積累CmAAT1和CmAAT2基因表達(dá)量逐漸上升，在無芳香性氣體形成的甜瓜材料中，其表達(dá)量則明顯降低，這2個(gè)基因也位于已報(bào)道的甜瓜芳香性氣體主效QTL區(qū)間內(nèi)。與西瓜、黃瓜、南瓜、葫蘆等其他葫蘆科作物進(jìn)行比較基因組學(xué)發(fā)現(xiàn)，CmAAT1基因僅存在于甜瓜基因組中，這可能是導(dǎo)致甜瓜與其他葫蘆科作物芳香性氣體積累差異的主要原因。