2012年11月26日電 /生物谷BIOON/ -- 2012年11月26日,，由北京市農(nóng)林科學(xué)院,、深圳華大基因研究院和康奈爾大學(xué)等多家單位合作完成的西瓜基因組相關(guān)研究成果在《自然·遺傳學(xué)》（Nature Genetics）雜志發(fā)表。這項(xiàng)研究為西瓜基礎(chǔ)生物學(xué)研究及其種質(zhì)資源培育,、抗病及遺傳改良提供了寶貴資源,，同時(shí)，也為葫蘆科植物的進(jìn)化和比較基因組學(xué)相關(guān)研究提供了重要的數(shù)據(jù)支持和線索,。
西瓜（Citrulluslanatus）在植物分類學(xué)中屬于葫蘆科西瓜屬,，原產(chǎn)于非洲，在五代時(shí)期引入中國,。西瓜全球年產(chǎn)量大約為9000萬噸,，為全球第五大水果消費(fèi)品，同時(shí)也是中國重要的經(jīng)濟(jì)水果之一?，F(xiàn)代西瓜在形狀,、大小、顏色,、口味和營養(yǎng)成分等方面,，都有很大差異。而且西瓜的近緣野生種,、亞種和變種非常多,，具有豐富的遺傳多樣性。但是，近幾十年來對其品質(zhì)的定向選擇和培育,，使得西瓜品種的遺傳基礎(chǔ)越來越窄,，這已成為制約西瓜遺傳品質(zhì)改良的重要瓶頸。
在本研究中,，科研人員先對東亞西瓜培育品種97103進(jìn)行了全基因組測序,，構(gòu)建了高質(zhì)量基因組圖譜。組裝后得到353.Mb的西瓜基因組,，并將其中93.5%的序列定位到11條染色體上,。西瓜基因組中重復(fù)序列高達(dá)45.2%，而且發(fā)現(xiàn)在過去的450萬年中,，西瓜基因組中的長末端重復(fù)序列（LTR）遠(yuǎn)比在黃瓜中積累的快,。結(jié)合基因組注釋，研究人員共鑒定出23440個(gè)編碼基因,，并且根據(jù)之前測序的植物基因組,，發(fā)現(xiàn)西瓜的編碼基因明顯富集在亞端粒區(qū)域。
在進(jìn)化分析中,，研究人員發(fā)現(xiàn)當(dāng)今西瓜的11條染色體來源于7條染色體的古六倍型雙子葉植物祖先,。具有7條染色體的雙子葉植物祖先，經(jīng)過三倍化,，形成了21條染色體的古六倍中間型,。這種中間型在經(jīng)過了81次基因分裂和91次基因融合，從而形成了如今西瓜這種11條染色體結(jié)構(gòu),。
同時(shí),，研究人員還對20個(gè)不同亞種的西瓜進(jìn)行了重測序，包括10個(gè)培育的vulgaris亞種（其中有5個(gè)東亞型和5個(gè)美洲型）,，6個(gè)半野生的mucosospermus亞種以及4個(gè)lanatus亞種,。結(jié)合這些數(shù)據(jù)，研究人員對西瓜進(jìn)行了種質(zhì)遺傳多樣性評價(jià),。他們發(fā)現(xiàn),，lanatus亞種和其他兩個(gè)亞種之間存在較大差異，而培育的亞種內(nèi)部差異相對較小,，尤其是vulgaris亞種美洲型內(nèi)部之間,。同時(shí)研究還發(fā)現(xiàn)mucosospermus亞種是vulgaris亞種的近代祖先。
在對其進(jìn)行的抗病基因研究中,，研究人員篩選出了三類與抗病相關(guān)的基因,，分別是核苷酸結(jié)合位點(diǎn)-亮氨酸重復(fù)序列（NBS-LRR）、脂氧合酶（LOX）以及受體樣基因家族,。他們發(fā)現(xiàn)很多抗病相關(guān)的基因在染色體上富集，這表明串聯(lián)重復(fù)可能是抗病基因進(jìn)化的基礎(chǔ)。研究還發(fā)現(xiàn)大量的抗病基因在西瓜的馴化過程中缺失,，同時(shí)也支持了抗病能力差是性狀定向選擇所付出的代價(jià)這種觀點(diǎn),。
研究人員對黃瓜和西瓜的韌皮汁液和維管束進(jìn)行了轉(zhuǎn)錄組測序，發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)物種中維管束的基因集基本是一致的,，但韌皮汁液中僅有50%-60%的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)是一致的,。GO富集分析表明，韌皮部的基因主要和應(yīng)激或刺激相關(guān),，而西瓜中特有的轉(zhuǎn)錄因子,，則與一些大分子的生物合成和蛋白質(zhì)代謝過程相關(guān)。值得注意的是,，在西瓜的韌皮部含有118個(gè)轉(zhuǎn)錄因子,，而在黃瓜中僅含有46個(gè)，但兩種都有的有32個(gè),。
西瓜果實(shí)的成熟是個(gè)復(fù)雜的過程,，涉及大小、顏色,、糖分和營養(yǎng)成分等的動態(tài)變化,。研究人員還結(jié)合西瓜四個(gè)關(guān)鍵生長期的果肉、果皮RNA-seq數(shù)據(jù)對其進(jìn)行研究,，結(jié)果表明,，在果肉和果皮成熟過程中，涉及細(xì)胞壁合成,、類黃酮代謝以及防御反應(yīng)等生物學(xué)過程的顯著變化,，而類胡蘿卜素、己糖和單糖代謝過程的顯著變化僅出現(xiàn)在果肉成熟過程中,。
華大基因該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人張建國表示：“高質(zhì)量西瓜基因組圖譜的完成為西瓜的研究打開了新的一頁,。該圖譜將促進(jìn)西瓜抗性、品質(zhì)等重要農(nóng)藝性狀基因的定位和調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的研究,，為通過分子育種進(jìn)行西瓜品種改良奠定基礎(chǔ),，同時(shí)還將促進(jìn)葫蘆科植物的進(jìn)化研究，以及糖分代謝機(jī)制等基礎(chǔ)生物學(xué)研究”,。（生物谷Bioon.com）
