【工人日报】客户端-最新研究：黄瓜农艺性状和驯化的遗传变异被揭示

      近日，Nature Communications在线发表了中国农科院蔬菜花卉研究所功能基因课题组题的研究论文——该研究首次构建了高质量的黄瓜图形结构泛基因组，为黄瓜重要基因挖掘、野生基因资源利用和分子设计育种提供了重要信息。

      之前的研究表明，黄瓜大量重要农艺性状由较长DNA序列片段的结构变异控制，但结构变异较难分析，因此需要通过泛基因组研究全面鉴定其基因组的结构变异，进而促进黄瓜驯化和重要农艺性状相关基因的研究。

      该研究基于前期对黄瓜115份核心种质资源的亲缘关系和演化分析，选择了12个代表性黄瓜种质资源，包括5个印度野生类群、3个东亚类群、3个欧美类群和1个西双版纳类群材料，分别完成了染色体水平的基因组组装。

      通过比较这12个基因组序列，发现在4号、5号和7号染色体上有7个特大DNA片段倒位变异，这些特大倒位变异只在部分野生材料中存在，并且不同野生材料存在的变异不同，揭示了倒位变异在野生材料驯化中的逐步演化。

      为全面鉴定黄瓜基因组的遗传变异，该研究建立了12个黄瓜基因组的共线性对应关系，比对共鉴定出290万个SNP、140万个小InDels和5.6万个结构变异 (SV)，其中2,624个SV影响了2,712个基因的编码区。将SV序列和断点信息与黄瓜参考基因组图谱整合，研究人员构建了黄瓜图形结构泛基因组，并对多个农艺性状进行了结构变异的全基因组关联（SV-GWAS）分析，成功鉴定出黄瓜性别决定相关基因m和F所在基因组区域，并直接关联到果刺基因CsGL3启动子区域的关键结构变异。

      为进一步利用图形结构泛基因组揭示影响黄瓜驯化和重要农艺性状的遗传变异，该研究对黄瓜果刺果瘤、开花时间和根系发育等性状进行了深入分析。

      在已知果瘤关键基因CsTu的外显子上新发现了一个51-bp的结构变异，可破坏CsTu基因功能影响果瘤，并且对果刺果瘤多个基因在黄瓜115份核心种质的遗传变异进行系统分析，揭示了结构变异在果实刺瘤性状相关基因中的驯化和育种选择历程。

      基于图形结构泛基因组，该研究新鉴定出CsFT上游1个44-kb的结构变异，只在2份开花极晚 (~60d) 的野生黄瓜种质中出现，系统发生关系表明这2个野生种质可能为其他黄瓜的祖先类型，并提出了CsFT位点在黄瓜驯化和和育种选择过程中的演化历程，加深了对黄瓜适应性演化机制的理解。

      此外，该研究还发现PELPK7.1和PELPK7.2基因附近结构变异可能在黄瓜驯化过程根系发育的改变中起重要作用。

      该研究为黄瓜基因组和重要性状的演化提供新见解，为黄瓜重要基因挖掘和遗传育种提供了重要平台资源和信息，为加速黄瓜育种进入全基因组设计时代奠定了重要基础。其方法论和相关结果，也为甜瓜、西瓜和南瓜等瓜类作物生物学研究提供了重要参考。

      该成果由中国农业科学院蔬菜花卉研究所、青岛农业大学、中国农业科学院农业基因组研究所和西北农林科技大学等多家单位协作完成，中国农业科学院蔬菜花卉研究所为第一完成单位。

      编辑：付子晴

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