兩種葫蘆科植物的馴化歷史。圖片來源：《自然—遺傳學》
作為甜蜜美味的世界性水果，西瓜和甜瓜同屬于葫蘆科作物。北京時間11月2日，《自然—遺傳學》以兩篇長文形式在線發(fā)表了兩項由中國農(nóng)業(yè)科學院聯(lián)合國內(nèi)外優(yōu)勢單位完成的瓜類作物基因組研究成果。兩項研究分別構(gòu)建了西瓜和甜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)的遺傳分子機制。
論文共同通訊作者、中國農(nóng)科院鄭州果樹研究所研究員徐永陽介紹，他們聯(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、中國農(nóng)科院蔬菜花卉研究所、中國農(nóng)業(yè)大學、美國康奈爾大學、法國農(nóng)業(yè)科學院等19個國內(nèi)外科研機構(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)闡釋了甜瓜的復雜馴化歷史及重要農(nóng)藝性狀形成的遺傳基礎。
論文第一作者、鄭州果樹所副研究員趙光偉告訴《中國科學報》，甜瓜研究團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余萬個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）。薄皮甜瓜和厚皮甜瓜亞種分別從印度不同的野生群體馴化而來。
苦味的喪失、甜味的出現(xiàn)，是葫蘆科物種馴化過程中選擇的最重要的特征之一。研究人員發(fā)現(xiàn)，兩個不同基因分別與兩個甜瓜亞種的苦味喪失有關，其中厚皮甜瓜馴化了CmBi基因，薄皮甜瓜馴化了CmBt基因。有趣的是，他們還發(fā)現(xiàn)兩個亞種在失去酸味的過程中也分別馴化了不同的基因，進而都導致野生甜瓜失去了苦味和酸味，獲得了甜味。此外，通過全基因組關聯(lián)分析等手段，研究團隊還定位了200余個與甜瓜苦味、酸味、果實大小、果肉顏色等性狀相關的候選基因和位點。
西瓜大約在4000年前就已馴化。國家西甜瓜產(chǎn)業(yè)技術體系首席科學家、論文共同通訊作者北京市農(nóng)林科學院研究員許勇介紹，他們聯(lián)合中國農(nóng)科院鄭州果樹研究所、美國康奈爾大學、中國農(nóng)科院農(nóng)業(yè)基因組研究所組成科研攻關團隊，采用單分子測序、光學圖譜與Hi-C三維基因組聯(lián)合分析，完成了新一代西瓜基因組精細圖譜繪制和馴化歷史解析，首次系統(tǒng)揭示了西瓜果實品質(zhì)性狀進化的分子機制。
論文第一作者、北京農(nóng)林科學院研究員郭紹貴告訴《中國科學報》，西瓜研究團隊基于新一代西瓜基因組精細圖譜對400多份種質(zhì)資源開展了基因組變異分析，共鑒定近2000萬個SNP。通過群體結(jié)構(gòu)分析，他們首次明確了西瓜7個種之間的進化關系，發(fā)現(xiàn)野生黏籽西瓜是距現(xiàn)代栽培西瓜親緣關系最近的種群，也發(fā)現(xiàn)了利用野生西瓜進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、形狀等性狀關聯(lián)的43個信號位點和候選基因，并對參與調(diào)控光合產(chǎn)物卸載的α-半乳糖苷酶基因ClAGA2等重要基因進行了功能驗證，首次揭示了西瓜“甜蜜基因”馴化的秘密。
基因組所研究員黃三文是兩篇論文的共同通訊作者。他在接受《中國科學報》采訪時指出，種質(zhì)資源是育種的基礎，這兩項成果為西甜瓜種質(zhì)資源研究提供新的理論框架和組學數(shù)據(jù)，也為西甜瓜分子育種提供了大量的基因資源和選擇工具，具有重要科學價值和實踐意義。
《自然—遺傳學》同時配發(fā)了三位德國科學家Murukarthick Jayakodi、Mona Schreiber和Martin Mascher的評論。他們認為，兩項基因研究揭示了馴化如何改變甜瓜和西瓜的果實品質(zhì)性狀。這些研究利用群體遺傳學和QTLs定位等方法研究了甜瓜和西瓜的馴化歷史，并為育種者提供了重要的數(shù)據(jù)支撐。
上述研究受到中國農(nóng)科院科技創(chuàng)新工程、國家西甜瓜產(chǎn)業(yè)技術體系、國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃、北京學者、廣東省珠江計劃、深圳市孔雀計劃和大鵬新區(qū)等資助。
相關論文信息：
https://doi.org/10.1038/s41588-019-0522-8
https://doi.org/10.1038/s41588-019-0518-4
