兩種葫蘆科植物的馴化歷史。圖片來源：《自然—遺傳學》
作為甜蜜美味的世界性水果，西瓜和甜瓜同屬于葫蘆科作物。北京時間11月2日，《自然—遺傳學》以兩篇長文形式在線發表了兩項由中國農業科學院聯合國內外優勢單位完成的瓜類作物基因組研究成果。兩項研究分別構建了西瓜和甜瓜的全基因組變異圖譜，揭示了兩種水果的馴化歷史及果實品質的遺傳分子機制。
論文共同通訊作者、中國農科院鄭州果樹研究所研究員徐永陽介紹，他們聯合中國農科院深圳農業基因組研究所、西班牙巴塞羅那基因組中心、青島農業大學、中國農科院蔬菜花卉研究所、中國農業大學、美國康奈爾大學、法國農業科學院等19個國內外科研機構，歷時5年，共同構建了世界第一個甜瓜全基因組變異圖譜，首次系統闡釋了甜瓜的復雜馴化歷史及重要農藝性狀形成的遺傳基礎。
論文第一作者、鄭州果樹所副研究員趙光偉告訴《中國科學報》，甜瓜研究團隊分析了千余份甜瓜種質資源的基因組變異，共鑒定了560余萬個SNP。群體結構分析發現，甜瓜至少經歷過3次獨立的馴化事件（兩次發生在印度，一次發生在非洲）。薄皮甜瓜和厚皮甜瓜亞種分別從印度不同的野生群體馴化而來。
苦味的喪失、甜味的出現，是葫蘆科物種馴化過程中選擇的最重要的特征之一。研究人員發現，兩個不同基因分別與兩個甜瓜亞種的苦味喪失有關，其中厚皮甜瓜馴化了CmBi基因，薄皮甜瓜馴化了CmBt基因。有趣的是，他們還發現兩個亞種在失去酸味的過程中也分別馴化了不同的基因，進而都導致野生甜瓜失去了苦味和酸味，獲得了甜味。此外，通過全基因組關聯分析等手段，研究團隊還定位了200余個與甜瓜苦味、酸味、果實大小、果肉顏色等性狀相關的候選基因和位點。
西瓜大約在4000年前就已馴化。國家西甜瓜產業技術體系首席科學家、論文共同通訊作者北京市農林科學院研究員許勇介紹，他們聯合中國農科院鄭州果樹研究所、美國康奈爾大學、中國農科院農業基因組研究所組成科研攻關團隊，采用單分子測序、光學圖譜與Hi-C三維基因組聯合分析，完成了新一代西瓜基因組精細圖譜繪制和馴化歷史解析，首次系統揭示了西瓜果實品質性狀進化的分子機制。
論文第一作者、北京農林科學院研究員郭紹貴告訴《中國科學報》，西瓜研究團隊基于新一代西瓜基因組精細圖譜對400多份種質資源開展了基因組變異分析，共鑒定近2000萬個SNP。通過群體結構分析，他們首次明確了西瓜7個種之間的進化關系，發現野生黏籽西瓜是距現代栽培西瓜親緣關系最近的種群，也發現了利用野生西瓜進行抗性改良的基因組痕跡。此外，鑒定獲得了與果實含糖量、瓤色、形狀等性狀關聯的43個信號位點和候選基因，并對參與調控光合產物卸載的α-半乳糖苷酶基因ClAGA2等重要基因進行了功能驗證，首次揭示了西瓜“甜蜜基因”馴化的秘密。
基因組所研究員黃三文是兩篇論文的共同通訊作者。他在接受《中國科學報》采訪時指出，種質資源是育種的基礎，這兩項成果為西甜瓜種質資源研究提供新的理論框架和組學數據，也為西甜瓜分子育種提供了大量的基因資源和選擇工具，具有重要科學價值和實踐意義。
《自然—遺傳學》同時配發了三位德國科學家Murukarthick Jayakodi、Mona Schreiber和Martin Mascher的評論。他們認為，兩項基因研究揭示了馴化如何改變甜瓜和西瓜的果實品質性狀。這些研究利用群體遺傳學和QTLs定位等方法研究了甜瓜和西瓜的馴化歷史，并為育種者提供了重要的數據支撐。
上述研究受到中國農科院科技創新工程、國家西甜瓜產業技術體系、國家自然科學基金、國家重點研發計劃、北京學者、廣東省珠江計劃、深圳市孔雀計劃和大鵬新區等資助。
相關論文信息：
https://doi.org/10.1038/s41588-019-0522-8
https://doi.org/10.1038/s41588-019-0518-4
