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西瓜基因組破解助力新品種培育及遺傳改良

本報訊（采訪人員黃明明）11月26日，由北京市農林科學院、深圳華大基因研究院和康奈爾大學等多家單位合作完成的西瓜基因組相關研究成果在《自然-遺傳學》（Nature Genetics）雜志發表 。
華大基因該項目負責人張建國表示，該圖譜將促進西瓜抗性、品質等重要農藝性狀基因的定位和調控網絡研究，為通過分子育種進行西瓜品種改良奠定基礎，同時還為促進葫蘆科植物的進化研究和比較基因組學相關研究提供了重要的數據支持和線索 。
現代西瓜在形狀、大小、顏色、口味和營養成分等方面，都有很大差異 。而且西瓜的近緣野生種、亞種和變種非常多，具有豐富的遺傳多樣性 。但是，近幾十年來對其品質的定向選擇和培育，使得西瓜品種的遺傳基礎越來越窄，這已成為制約西瓜遺傳品質改良的重要瓶頸 。
【西瓜基因組破解助力新品種培育及遺傳改良】 在本研究中，科研人員先對東亞西瓜培育品種97103進行了全基因組測序，構建了高質量基因組圖譜 。組裝后得到353.Mb的西瓜基因組，并將其中93.5%的序列定位到11條染色體上 。西瓜基因組中重復序列高達45.2%,而且發現在過去的450萬年中，西瓜基因組中的長末端重復序列（LTR）遠比在黃瓜中積累的快 。結合基因組注釋，研究人員共鑒定出23440個編碼基因，并且根據之前測序的植物基因組，發現西瓜的編碼基因明顯富集在亞端粒區域 。
在進化分析中，研究人員發現當今西瓜的11條染色體來源于7條染色體的古六倍型雙子葉植物祖先 。同時，研究人員還對20個不同亞種的西瓜進行了重測序 。
在對其進行的抗病基因研究中，研究人員篩選出了三類與抗病相關的基因，分別是核苷酸結合位點-亮氨酸重復序列（NBS-LRR）、脂氧合酶（LOX）以及受體樣基因家族 。他們發現很多抗病相關的基因在染色體上富集，這表明串聯重復可能是抗病基因進化的基礎 。研究還發現大量的抗病基因在西瓜的馴化過程中缺失，同時也支持了抗病能力差是性狀定向選擇所付出的代價這種觀點 。
研究人員對黃瓜和西瓜的韌皮汁液和維管束進行了轉錄組測序，發現這兩個物種中維管束的基因集基本是一致的，但韌皮汁液中僅有50%~60%的轉錄組數據是一致的 。GO富集分析表明，韌皮部的基因主要和應激或刺激相關，而西瓜中特有的轉錄因子，則與一些大分子的生物合成和蛋白質代謝過程相關 。值得注意的是，在西瓜的韌皮部含有118個轉錄因子，而在黃瓜中僅含有46個，但兩種都有的有32個 。