2019年11月1日，北京市农林科学院许勇团队及其合作者中国农科院郑州果树所刘文革团队、美国康奈尔大学Boyce Thompson研究所费章君团队和中国农科院深圳基因组所黄三文团队等国内外科研机构以长文形式在国际学术刊物Nature Genetics在线发表了题为Resequencing of 414 cultivated and wild watermelon accessions identifies selection for fruit quality traits的研究成果。该研究完成了新一代西瓜基因组精细图谱绘制和驯化历史解析，首次系统揭示了西瓜果实品质性状进化的分子机制。六年磨一剑，这是继2013年完成世界首张西瓜基因组序列图谱之后许勇团队的又一重大突破性成果，奠定了我国在西瓜基因组学与分子育种技术研究领域的国际领先地位。
该研究采用单分子测序、光学图谱与Hi-C三维基因组联合分析策略，完成了全新一代西瓜基因组高质量精细图谱绘制，基因组组装大小365 Mb，N50提高到21.9Mb，包括138个scaffold，其中仅31个scaffold就构成了11条人工染色体，覆盖了西瓜基因组组装大小的99.3%，是迄今为止最高质量的西瓜基因组序列图谱。
在此基础上，对覆盖世界上现存的西瓜属全部7个种的414份代表性西瓜种质资源开展了基因组变异分析，共鉴定获得约1973万个SNP变异位点。通过群体结构分析，在基因组水平上证实了非洲苏丹地区西瓜资源与高糖栽培西瓜的祖先遗传关系最近，并发现黏籽西瓜（C. mucosospermus）是距现代栽培西瓜（C. lanatus）亲缘关系最近的种群且具有共同的祖先。基因漂移等证据表明，饲用西瓜（C. amarus）与这两个种群之间可能存在独立进化，首次从全基因组层面明确了西瓜7个种之间的进化关系。
通过西瓜全基因组关联分析，鉴定获得了与果实含糖量、瓤色、果实形状和种子颜色等多个重要农艺性状关联的43个信号位点，其中有8个位点与已知QTL重合，进一步缩小了定位区间，为候选基因的精细定位和功能验证提供了宝贵线索。
通过进化和驯化分析，系统解析了野生西瓜到栽培西瓜的基因组驯化历史，鉴定获得了果实大小、果肉含糖量、苦味、瓤色、质地、风味等重要品质性状的选择区域及候选基因，并对参与光合产物卸载的α-半乳糖苷酶基因ClAGA2等重要基因进行了功能验证。研究发现，西瓜各个进化阶段受选择的基因具有明显差异。与西瓜物种自然分化阶段相比，品质驯化改良阶段受选择基因数量显著增加。该研究还发现了人类利用野生西瓜种质进行抗性改良的基因组渗入痕迹，揭示了人类及动物活动在西瓜品质形成进化中的重要作用，为西瓜功能基因深入研究及优异基因资源的利用提供了重要数据支撑和理论基础，具有重要实践意义和科学价值。
西瓜物种与品质性状进化分子机制模式图
北京市农林科学院郭绍贵和孙宏贺、中国农科院赵胜杰和林涛、美国康奈尔大学王昕和吴珊为论文共同第一作者。北京市农林科学院国家西甜瓜改良中心许勇研究员、中国农科院郑州果树所刘文革研究员、美国康奈尔大学Boyce Thompson研究所费章君教授和中国农科院深圳基因组所黄三文研究员为共同通讯作者。本研究受到国家自然科学基金重点项目、中国农科院科技创新工程、国家七大作物育种重点研发计划、北京学者、西甜瓜产业技术体系、广东省高层次人才计划等项目资助。
论文链接： https://www.nature.com/articles/s41588-019-0518-4
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