青島日報社/觀海新聞2月5日訊 近日，《自然》旗下子期刊在線發表了青島農業大學園藝學院張忠華教授團隊題為“基于圖形的黃瓜泛基因組揭示與農藝性狀和馴化相關的結構和序列變異”的研究論文，該研究首次構建了高質量的黃瓜圖形結構泛基因組，闡明了黃瓜馴化過程中基因組染色體核型的演化規律，鑒定了多個與黃瓜農藝性狀和馴化相關的重要結構變異，并揭示了重要性狀在馴化和育種改良過程中演化的基因組學基礎，這為黃瓜重要基因挖掘、野生基因資源利用和分子設計育種提供了重要信息。
黃瓜是重要蔬菜作物，也是研究植物性別決定和維管束生物學的重要模式系統。黃瓜基因組參考序列和種質資源全基因組遺傳變異研究推動了重要農藝性狀基因的鑒定和利用，然而，大量重要農藝性狀是由較長DNA序列片段的結構變異控制，且結構變異為野生資源利用和基因挖掘帶來諸多障礙，因此需要通過泛基因組研究全面鑒定黃瓜基因組的結構變異，進而促進黃瓜馴化和重要農藝性狀相關基因的研究。
該研究基于前期對黃瓜115份核心種質資源的親緣關系和演化分析，選擇了12個代表性黃瓜種質資源。通過比較這12個基因組序列，發現了在4號、5號和7號染色體上有7個特大DNA片段倒位變異，這些特大倒位變異只在部分野生材料中存在，并且不同野生材料存在的變異不同，揭示了倒位變異在野生材料馴化中的逐步演化。倒位變異的存在會導致重組抑制進而限制野生資源基因的挖掘和利用，這些特大片段倒位變異的演化歷史為野生材料選擇應用提供了重要信息。
該成果由中國農業科學院蔬菜花卉研究所、青島農業大學、中國農業科學院農業基因組研究所和西北農林科技大學等多家單位協作完成。青島農業大學園藝學院張忠華教授為唯一通訊作者，青島農業大學為唯一通訊作者單位。此前，張忠華教授作為（共同）第一或通訊作者破譯了第一個瓜類作物-黃瓜的基因組密碼，解析了黃瓜、甜瓜和冬瓜等瓜類作物的基因組演化歷程、馴化歷史和農藝性狀多樣性遺傳機制，闡明了黃瓜全部開雌花等性狀的遺傳機理，并為黃瓜及其他瓜類苦味物質合成和調控機理解析提供了關鍵基因，這些工作為推動瓜類作物研究進入組學時代和全基因組分子設計育種奠定了基礎。
張忠華介紹，黃瓜在馴化過程中根據人類的喜好，多個基因發生了改變，苦味調控基因改變導致苦味降低或喪失，控制果實大小、多少的基因發生改變導致果實變大，提高產量。目前人類掌握的基因有苦味、果實大小（部分基因）、果實數目（大部分）、果刺果瘤（大部分）、開花時間（部分）、抗病基因（較少的幾個）等。有了這些基礎研究數據，研究人員就可以用這些基因進行優質新品種的培育。比如張忠華團隊就已經與湖南農科院聯合，利用生物技術手段培育了不利生長條件下，不苦且高產的旱黃瓜新品種。團隊的黃瓜馴化技術處于國內領先水平。目前，團隊研究成果已被國內多個育種單位利用，多個新品種得到大面積推廣。（青島日報/觀海新聞記者 趙黎）
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