东北农大揭示甜瓜改良遗传基础及关键信号

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园艺作物从野生种到栽培品种多数需要经历驯化和改良两个阶段，在此过程中，园艺作物不仅受到自然选择影响，人为改良也是推动其进化和优异品质形成的重要动力。甜瓜（CucumismeloL.）是葫芦科重要园艺作物之一，在世界范围内广泛种植。年我国甜瓜种植面积35.9万公顷，产量.8万吨，分别占世界甜瓜栽培面积与产量的34.3%和46.8%（FAO,）。甜瓜在果实大小、形状、果肉厚度和芳香性气体等方面具有十分丰富的遗传多样性。目前，选育肉厚、具浓郁香味且大小适宜的优异甜瓜品种是育种的关键难点之一，相关遗传基础、关键信号选择以及基因调控机制尚不明晰。东北农业大学栾非时教授团队在国家自然科学基金和国家西甜瓜产业技术体系等项目资助下，利用全基因组重测序技术，揭示了份甜瓜种质资源果实性状进化与改良过程中的关键信号与位点被选择事件，在国际知名植物学期刊PlantBiotechnologyJournal上在线发表了题为《Resequencingmelonaccessionsrevealsthegenomichistoryofimprovementandlocirelatedtofruittraitsinmelon》的研究论文，该研究为甜瓜进化和关键农艺性状改良提供了基因组学理论基础，为进一步开展甜瓜品质育种提供重要基因资源与数据参考。该团队在已获得的甜瓜短毛亚种（ssp.agrestis，多以薄皮为主）与长毛亚种（ssp.melo，多以厚皮为主）独立驯化研究结果基础上，发现与野生甜瓜相比，同为栽培类型的地方种和改良种在群体结构和进化方面存在明显差异，进一步提出了野生材料-地方种-改良种的甜瓜“Two-step”独立驯化模式。结合全基因组关联分析获得了8个影响果实形状的驯化改良位点；在果肉厚度方面，检测到7个调控果肉厚度的驯化改良位点，甜瓜两个亚种在果实形状和果肉厚度方面受到的选择位点差异较大。ssp.melo亚种的果肉厚度在改良过程中具有更多选择位点，可能是其形成较厚果肉的主要原因。利用全基因组关联分析检测到了调控甜瓜心室数的关键基因CmCLV3，发现该基因也对甜瓜的果实形状形成具有影响。图1.长毛亚种甜瓜（C.melossp.melo）改良过程中果实形状及果肉厚度选择信号与野生甜瓜及其他葫芦科作物相比，栽培种甜瓜果实在成熟时具有独特的芳香性气体，从野生甜瓜到地方种的驯化过程，在甜瓜基因组11号染色体上明显受选择区段内检测到调控芳香性气体形成的关键基因CmAATs。利用已经公布的四套甜瓜转录组数据分析后发现，在甜瓜果实发育过程中，随着芳香性气体积累CmAAT1和CmAAT2基因表达量逐渐上升，在无芳香性气体形成的甜瓜材料中，其表达量则明显降低，这两个基因也位于已报道的甜瓜芳香性气体主效QTL区间内。与西瓜、黄瓜、南瓜、葫芦等其它葫芦科作物进行比较基因组学发现，CmAAT1基因仅存在于甜瓜基因组中，这可能是导致甜瓜与其他葫芦科作物芳香性气体积累差异的主要原因。图2.芳香性气体关键基因CmAATs的驯化选择信号此外，东北农业大学西甜瓜分子遗传育种团队在西瓜甜瓜重要基因定位、功能分析以及标记辅助选择育种等研究领域成果显著，发表SCI检索论文60余篇，审定品种4个，累计推广面积85.6万亩，创社会经济效益4.44亿元，先后获黑龙江省自然科学一等奖、二等奖、华耐园艺科技奖等奖项。东北农业大学园艺园林学院，农业农村部“东北地区园艺作物生物学与种质创制重点实验室”西甜瓜分子遗传育种团队刘识与高鹏副教授分别为本文共同第一作者，美国威斯康星大学农业与生物技术学院园艺系翁益群副教授以及团队成员朱子成、刘宏宇副研究员、王学征教授均参与本项研究工作，团队朱强龙博士及齐齐哈尔大学高美玲教授也参与了相关研究。原文链接：

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