西瓜进化驯化机制首次被系统揭示

北京市农林科学院蔬菜中心许勇团队联合国内外多家科研机构完成了新一代西瓜基因组精细图谱绘制和驯化历史解析,首次系统揭示了西瓜果实品质性状进化的分子机制,奠定了我国在西瓜基因组学与分子育种技术研究领域的国际领先地位,其研究论文《Resequencing of 414 cultivated and wild watermelon accessions identifies selection for fruit quality traits》于11月1日在《Nature Genetics》在线发表。

  据悉,该研究采用单分子测序、光学图谱与Hi-C三维基因组联合分析策略,完成了全新一代西瓜基因组高质量精细图谱绘制,基因组组装大小365Mb,N50提高到21.9Mb,包括138个scaffold,是迄今为止最高质量的西瓜基因组序列图谱。

  在此基础上对覆盖世界上现存的西瓜属全部7个种的414份代表性西瓜种质资源开展了基因组变异分析,共鉴定获得约1973万个SNP位点。通过群体结构分析,在基因组水平上证实了非洲苏丹地区西瓜资源与高糖栽培西瓜的祖先遗传关系最近,并发现黏籽西瓜是距现代栽培西瓜亲缘关系最近的种群且具有共同的祖先。基因漂移等证据表明饲用西瓜与这两个种群之间可能存在独立进化,首次从全基因组层面明确了西瓜7个种之间的进化关系。

  研究通过GWAS分析鉴定获得了与果实含糖量、瓤色、果实形状和种子颜色等多个重要农艺性状关联的43个信号位点,系统解析了野生西瓜到栽培西瓜的驯化历史,鉴定获得了果实大小、果肉含糖量、苦味等重要品质性状的候选基因,并对α-半乳糖苷酶基因ClAGA2等重要基因进行了功能验证。研究还发现了人类利用野生西瓜种质进行抗性改良的基因组渗入痕迹,揭示了人类及动物活动在西瓜品质形成进化中的重要作用,为西瓜功能基因深入研究及优异基因资源的利用提供了重要数据支撑和理论基础,具有重要实践意义和科学价值。

  北京市农林科学院郭绍贵和孙宏贺、中国农科院赵胜杰和林涛、美国康奈尔大学王昕和吴珊为论文共同第一作者。许勇研究员、刘文革研究员、费章君教授和黄三文研究员为共同通讯作者。本研究受到国家自然科学基金重点项目、国家七大作物育种重点研发计划、北京学者、西甜瓜产业技术体系等项目资助。

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