「甜瓜基因组」青岛农大教授张忠华参与构建世界首个甜瓜全基因组变异图谱

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11月2日，国际权威期刊《自然—遗传学》（Nature Genetics）以研究论文的形式在线发表了甜瓜驯化和重要农艺性状形成机制的研究成果。该成果为中国农业科学院郑州果树研究所、中国农业科学院深圳农业基因组研究所、中国农业科学院蔬菜花卉研究所、青岛农业大学、西班牙巴塞罗那食品科学院等19个单位历时5年共同协作完成，青岛农业大学园艺学院院长张忠华教授为论文共同第一作者。
该研究对目前世界上数量最大、涵盖类型最全的1184份甜瓜种质资源（近缘种、野生种及栽培种）进行5倍左右的深度全基因组重测序，获得了约4.3Tb的数据，共发掘了甜瓜全基因组范围内560余万个SNPs标记和95万个indel（5bp以内）标记，成功构建了世界上第一个甜瓜全基因组变异图谱。
课题研究发现甜瓜种质分为三个明显的类群, 分别对应于比较原始的非洲地区的甜瓜材料、厚皮甜瓜材料和薄皮甜瓜材料，并且每个大的类群内部又可进一步划分出相应的野生和栽培材料，表明甜瓜可能发生过三次独立的驯化事件，一次发生在非洲地区，两次发生在亚洲地区，并且发生在亚洲地区的两次驯化事件分别产生了厚皮甜瓜和薄皮甜瓜两个大的栽培亚种，两次事件分别驯化了不同的基因，从而导致了这些驯化性状的改变。厚皮甜瓜驯化过程使一个苦味合成基因功能丧失导致果实永远不苦，而薄皮甜瓜驯化部分改变了苦味调控基因导致果实不利条件仍然变苦。
结合数量性状遗传定位、全基因组关联（GWAS）以及基因表达等分析手段，课题组对甜瓜的苦味、酸味、果实大小、果肉和果皮颜色等重要性状进行了系统研究，定位了200余个与甜瓜重要农艺性状相关的候选基因和位点，其中鉴定到了一个MADS-box家族基因，该基因的表达差异可导致甜瓜果皮条纹的改变。
据张忠华教授介绍，该研究成果是我国在甜瓜基因组学和群体遗传学研究领域取得的重大进展，为深化葫芦科进化研究提供了重要依据，为甜瓜重要性状定向育种提供了较为精准的标记和基因资源。
Nature Genetics期刊高度重视此成果和同时发表的西瓜基因组研究成果，同期配发了德国莱布尼兹植物遗传研究所的Martin Mascher教授等人撰写的以“甜瓜和西瓜的甜蜜基因”为题的专评和以“甜蜜测序”为题的社论。专评指出两项研究利用群体基因组和数量遗传工具，揭示了驯化如何改变西甜瓜的果实品质。社论认为基因组学正在加速我们对自己喜爱食物（包括西甜瓜）的起源、进化和生物学的理解，指出农业基因组学旨在提高人类赖以生存的农作物的产量和品质，将会带来“甜蜜”的回报。
课题研究得到了国家自然科学基金、国家现代农业产业技术体系、中国农业科学院科技创新工程、广东省高层次人才计划、深圳市孔雀计划等项目的资助。
（青农）