黃瓜基因組研究又一重大成果——黃瓜全基因組遺傳變異圖譜構建完成

黃瓜基因組研究又一重大成果
——黃瓜全基因組遺傳變異圖譜構建完成

2013年10月20日，國際權威學術期刊《自然―遺傳學（Naturegenetics）》在線發(fā)表了由中國農業(yè)科學院蔬菜花卉研究所黃三文研究員領銜的國際黃瓜基因組研究團隊的最新研究論文。此次研究對115個黃瓜品系進行了深度重測序，并構建了包含360多萬個位點的全基因組遺傳變異圖譜，這是該團隊繼2009年完成黃瓜全基因組序列圖繪制后的又一重大成果，為全面了解黃瓜這一重要蔬菜作物的進化及多樣性提供了新思路，并為全基因組設計育種打下了基礎。

黃瓜源自喜馬拉雅山脈南麓，本是印度境內土生土長的植物，如今卻已成為品種多樣、世界范圍內普遍種植的蔬菜。在科研上，黃瓜常被用來作為研究植物性別決定、維管束形成的重要模式系統(tǒng)。自2009年中國農業(yè)科學院蔬菜花卉研究所發(fā)表黃瓜全基因組序列圖之后，科研人員對黃瓜展開了更深入的探索。

該科研團隊對115個黃瓜品系進行了重測序，并對一個野生黃瓜進行了從頭（de novo）測序。他們共發(fā)現(xiàn)330多萬個單核苷酸多態(tài)性位點（SNPs），33萬多個小插入和刪除（small insertion anddeletions）和594個獲得/缺失變異（PAVs）。基于這些所得數(shù)據(jù)，研究人員構建了一個單核苷酸分辨率的黃瓜遺傳變異圖譜。

所挑選的115個黃瓜品系可分為4大類，即印度類群、歐亞類群、東亞類群和西雙版納類群，其中印度類群主要來自于野生變種C. sativus var. hardwickii，而其余三個品種均來自栽培變種C. sativus var. sativus。通過比較分析發(fā)現(xiàn)，印度類群遺傳多樣性遠遠超過其它三個類群。這一結果證實了印度是黃瓜的發(fā)源地，也意味著野生資源中尚有很多待挖掘的基因資源。

所有農作物在進化過程中都會出現(xiàn)“瓶頸期”。在該研究中，科研人員對三種果蔬（黃瓜、西瓜和西紅柿）和三種谷物（大米、玉米和大豆）的馴化過程進行了比較，結果發(fā)現(xiàn)在馴化過程中，果蔬比谷物的遺傳多樣性下降趨勢更大，這解釋了為何經馴化的黃瓜群體比谷物要小得多。研究人員推斷果蔬在進化過程中的“瓶頸期”相對要更窄些。

野生黃瓜果實和植株都比較矮小，果實極苦，原本在印度被作為草藥使用。經過人類的馴化，黃瓜果實和葉片都變大了，果實也失去了苦味，由一種草藥變成了可口的蔬菜。本研究發(fā)現(xiàn)黃瓜基因組中有100多個區(qū)域受到了馴化選擇，包含2000多個基因。其中7個區(qū)域包括了控制葉片和果實大小的基因，果實失去苦味的關鍵基因已經明確地定位在染色體5上一個包含67個基因的區(qū)域里，為下一步克隆這一重要蔬菜馴化基因打下了基礎。

大部分黃瓜的果肉顏色是白色或淺綠色的，橙色果肉這一性狀為西雙版納黃瓜所特有。本研究創(chuàng)造性地運用了群體分化這一新分析算法，發(fā)現(xiàn)了一個西雙版納黃瓜特有的突變。該突變導致了編碼β-胡蘿卜素羥化酶的基因失效，從而使得西雙版納黃瓜在果實成熟期因此不能降解β-胡蘿卜素。這一發(fā)現(xiàn)不僅為培育營養(yǎng)價值更高的黃瓜品種提供了分子育種工具，也為通過變異組快速挖掘重要性狀基因提供了新思路。

（中國農業(yè)科學院蔬菜花卉研究所）