東北農業大學利用大規模群體測序數據揭示甜瓜改良遺傳基礎及關鍵信號

東北農業大學欒非時教授團隊利用全基因組重測序技術，揭示了297份甜瓜種質資源果實性狀進化與改良過程中的關鍵信號與位點被選擇事件，在國際知名植物學期刊《Plant Biotechnology Journal》上在線發表了題為“Resequencing 297 melon accessions reveals the genomic history of improvement and loci related to fruit traits in melon”的研究論文，該研究為甜瓜進化和關鍵農藝性狀改良提供了基因組學理論基礎，為進一步開展甜瓜品質育種提供重要基因資源與數據參考。

該團隊在已獲得的甜瓜短毛亞種（ssp.agrestis，多以薄皮為主）與長毛亞種（ssp.melo，多以厚皮為主）獨立馴化研究結果基礎上，發現與野生甜瓜相比，同為栽培類型的地方種和改良種在群體結構和進化方面存在明顯差異，進一步提出了野生材料—地方種—改良種的甜瓜“Two-step”獨立馴化模式。結合全基因組關聯分析獲得了8個影響果實形狀的馴化改良位點；在果肉厚度方面，檢測到7個調控果肉厚度的馴化改良位點，甜瓜2個亞種在果實形狀和果肉厚度方面受到的選擇位點差異較大。ssp.melo亞種的果肉厚度在改良過程中具有更多選擇位點，可能是其形成較厚果肉的主要原因。利用全基因組關聯分析檢測到了調控甜瓜心室數的關鍵基因CmCLV3，發現該基因也對甜瓜的果實形狀形成具有影響。

與野生甜瓜及其他葫蘆科作物相比，栽培種甜瓜果實在成熟時具有獨特的芳香性氣體，從野生甜瓜到地方種的馴化過程，在甜瓜基因組11號染色體上明顯受選擇區段內檢測到調控芳香性氣體形成的關鍵基因CmAATs。利用已經公布的4套甜瓜轉錄組數據分析后發現，在甜瓜果實發育過程中，隨著芳香性氣體積累CmAAT1和CmAAT2基因表達量逐漸上升，在無芳香性氣體形成的甜瓜材料中，其表達量則明顯降低，這2個基因也位于已報道的甜瓜芳香性氣體主效QTL區間內。與西瓜、黃瓜、南瓜、葫蘆等其他葫蘆科作物進行比較基因組學發現，CmAAT1基因僅存在于甜瓜基因組中，這可能是導致甜瓜與其他葫蘆科作物芳香性氣體積累差異的主要原因。