黄瓜基因组研究又一重大成果——黄瓜全基因组遗传变异图谱构建完成

黄瓜基因组研究又一重大成果
——黄瓜全基因组遗传变异图谱构建完成

2013年10月20日，国际权威学术期刊《自然―遗传学（Naturegenetics）》在线发表了由中国农业科学院蔬菜花卉研究所黄三文研究员领衔的国际黄瓜基因组研究团队的最新研究论文。此次研究对115个黄瓜品系进行了深度重测序，并构建了包含360多万个位点的全基因组遗传变异图谱，这是该团队继2009年完成黄瓜全基因组序列图绘制后的又一重大成果，为全面了解黄瓜这一重要蔬菜作物的进化及多样性提供了新思路，并为全基因组设计育种打下了基础。

黄瓜源自喜马拉雅山脉南麓，本是印度境内土生土长的植物，如今却已成为品种多样、世界范围内普遍种植的蔬菜。在科研上，黄瓜常被用来作为研究植物性别决定、维管束形成的重要模式系统。自2009年中国农业科学院蔬菜花卉研究所发表黄瓜全基因组序列图之后，科研人员对黄瓜展开了更深入的探索。

该科研团队对115个黄瓜品系进行了重测序，并对一个野生黄瓜进行了从头（de novo）测序。他们共发现330多万个单核苷酸多态性位点（SNPs），33万多个小插入和删除（small insertion anddeletions）和594个获得/缺失变异（PAVs）。基于这些所得数据，研究人员构建了一个单核苷酸分辨率的黄瓜遗传变异图谱。

所挑选的115个黄瓜品系可分为4大类，即印度类群、欧亚类群、东亚类群和西双版纳类群，其中印度类群主要来自于野生变种C. sativus var. hardwickii，而其余三个品种均来自栽培变种C. sativus var. sativus。通过比较分析发现，印度类群遗传多样性远远超过其它三个类群。这一结果证实了印度是黄瓜的发源地，也意味着野生资源中尚有很多待挖掘的基因资源。

所有农作物在进化过程中都会出现“瓶颈期”。在该研究中，科研人员对三种果蔬（黄瓜、西瓜和西红柿）和三种谷物（大米、玉米和大豆）的驯化过程进行了比较，结果发现在驯化过程中，果蔬比谷物的遗传多样性下降趋势更大，这解释了为何经驯化的黄瓜群体比谷物要小得多。研究人员推断果蔬在进化过程中的“瓶颈期”相对要更窄些。

野生黄瓜果实和植株都比较矮小，果实极苦，原本在印度被作为草药使用。经过人类的驯化，黄瓜果实和叶片都变大了，果实也失去了苦味，由一种草药变成了可口的蔬菜。本研究发现黄瓜基因组中有100多个区域受到了驯化选择，包含2000多个基因。其中7个区域包括了控制叶片和果实大小的基因，果实失去苦味的关键基因已经明确地定位在染色体5上一个包含67个基因的区域里，为下一步克隆这一重要蔬菜驯化基因打下了基础。

大部分黄瓜的果肉颜色是白色或浅绿色的，橙色果肉这一性状为西双版纳黄瓜所特有。本研究创造性地运用了群体分化这一新分析算法，发现了一个西双版纳黄瓜特有的突变。该突变导致了编码β-胡萝卜素羟化酶的基因失效，从而使得西双版纳黄瓜在果实成熟期因此不能降解β-胡萝卜素。这一发现不仅为培育营养价值更高的黄瓜品种提供了分子育种工具，也为通过变异组快速挖掘重要性状基因提供了新思路。

（中国农业科学院蔬菜花卉研究所）