甜蜜基因的进化“殊途同归”

七台河广电网 王林 2019-11-08 20:36:53
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甜蜜基因的进化“殊途同归”  
 

甜蜜基因的进化“殊途同归”

不同类型野生及栽培甜瓜。中国农科院供图

甜蜜基因的进化“殊途同归”

西瓜属7个种的代表性果实。北京市农林科学院供图

吃瓜总是让人愉悦,因为它们的甜美味道。作为世界上非常受欢迎的水果作物,甜瓜和西瓜来自于葫芦科。

近日,《自然—遗传学》发表的两项由中国农业科学院和北京市农林科学院等国内外优势单位协作完成的瓜类作物基因组研究成果显示,甜瓜和西瓜经历不同的驯化过程,同样完成了令人着迷的“甜蜜基因”的进化,可谓“殊途同归”。研究成果还为人们理解葫芦科作物的进化关系提供了线索。

甜瓜的三次驯化

我们通常在市场上买到的栽培甜瓜有16个变种,多样性异常丰富。

论文第一作者、中国农科院郑州果树研究所副研究员赵光伟告诉《中国科学报》,变种之间的多样性不仅体现在表型多样性,在生态适应性上也存在很大差异,这导致试验材料必须多点(河南、海南、新疆)种植才能够采样成功。

“需要多季种植才能收集到所有材料。有些国外收集来的材料只有样本DNA,也会影响后面的性状数据调查。”论文共同第一作者、中国农科院深圳农业基因组研究所助理研究员练群说。

尽管面临困难,论文共同通讯作者、中国农科院郑州果树研究所研究员徐永阳介绍,甜瓜研究团队仍旧在5年时间里分析了千余份甜瓜种质资源的基因组变异,鉴定了560余万个SNP。群体结构分析发现,甜瓜至少经历过3次独立的驯化事件,两次发生在印度,一次发生在非洲。

“甜瓜的驯化一直存在争议。”徐永阳解释说,由于非洲具有最多的甜瓜野生近缘种,且其染色体数目和甜瓜一样,因此最初学界都认为甜瓜的驯化发生在非洲。然而近几年的基因组证据更多表明,“非洲仅仅驯化出了特殊的非洲原始甜瓜类型tibish。”

练群介绍,这种非洲甜瓜主要分布在苏丹附近,而且并没有参与到后面甜瓜的遗传和改良中去,在非洲也主要是菜用。

印度是葫芦科作物一个很重要的起源/次级起源中心,也是当前世界上栽培甜瓜的驯化中心。这次成果表明,厚皮甜瓜(如哈密瓜等)和薄皮甜瓜(如香瓜等)亚种分别从印度不同的野生群体驯化而来。前者果肉较厚,成熟后完全没有苦味,世界范围内均有分布;后者果肉较薄,幼果及成熟后部分会有苦味,主要分布在东亚地区。

“进一步研究发现这两个亚种在失去苦味、酸味,以及果实膨大的驯化过程中分别驯化了不同的基因,存在着不同的驯化机制。”练群说。

赵光伟介绍,他们共对甜瓜的品质、产量及形态相关的16个重要农艺性状进行了基因定位研究,共定位到200余个候选基因和位点。

其中,厚皮甜瓜驯化了葫芦素B合成酶基因(CmBi),而薄皮甜瓜驯化调控苦味形成的转录因子(CmBt),因而导致二者在苦味性状上的差异。

果皮和果肉颜色都是影响果实品质的重要指标,直接影响到消费者的选择喜好。通过全基因组关联分析及其他技术手段,他们定位了与果皮及果肉颜色形成相关的基因,未来可用于挖掘关键变异位点,开发分子标记,在育种过程中进行早期快速选择。

西瓜属的连续进化