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南京农业大学园艺学院陈劲枫教授团队在甜瓜属基因组研究中取得重要进展
发布时间:2021-03-16 访问次数:765
核心提示:2021年2月7日,南京农业大学园艺学院陈劲枫团队以“Chromosome-scale genome assembly of Cucumis hystrix—a wild species interspecifically cross-compatible with cultivated cucumber” (DOI:10.1038/s41438-021-00475-5)在Horticulture Research上发表重要成果。
2021年2月7日,南京农业大学园艺学院陈劲枫团队以“Chromosome-scale genome assembly of Cucumis hystrix—a wild species interspecifically cross-compatible with cultivated cucumber” (DOI:10.1038/s41438-021-00475-5)在Horticulture Research上发表重要成果。该研究完成了黄瓜近缘野生种酸黄瓜(Cucumis hystrixChakr.,2n=2X=24)染色体水平的基因组组装,不仅丰富了甜瓜属物种进化研究的数据资源,也为黄瓜的种间杂交渐渗育种和野生优异基因的发掘提供了重要支撑。

黄瓜(Cucumis sativusL., 2n=14)属于葫芦科甜瓜属,为我国前三大蔬菜作物,年种植面积1500余万亩,产量5655余万吨,在国民经济和人民生活中均具有重要的地位。黄瓜生产中存在的关键问题是多抗性差,易感多种病虫害,根本性的原因是黄瓜的遗传基础狭窄(种内变异< 8%),种内抗源缺乏。酸黄瓜为黄瓜的野生近缘种,主要分布于中国云南、泰国、缅甸、孟加拉国和印度东北部,具有耐低温弱光、高抗霜霉病、抗根结线虫等优良性状。

陈劲枫教授于1997年在云南发现并采集到酸黄瓜,通过胚胎拯救和染色体加倍等技术成功实现了酸黄瓜和栽培黄瓜的种间杂交,创制出世界上首例甜瓜属种间杂种,进一步通过回交转育和系统筛选,创制了附加系、渐渗系等一系列特异种质,开创了野生资源用于栽培黄瓜品种改良的先河。该种间杂交也是迄今为止,世界上唯一成功报道的可用于黄瓜品种改良的甜瓜属种间杂交。

该研究以酸黄瓜高代自交系为材料,对其进行高通量测序、基因组组装和注释,最终得到289Mb基因组序列,其Contig N50为221Kb,Scaffold N50为14Mb,注释共得到23,864个蛋白编码基因。酸黄瓜基因组GC含量为33.12%,重复序列含量为48.7%,其中LTR类型的重复序列含量最高,占基因组的19.64%。

全基因组比较分析表明,黄瓜和酸黄瓜的核酸和蛋白序列平均相似度高于酸黄瓜和甜瓜,进一步利用304个单拷贝基因构建进化树,发现与甜瓜相比,酸黄瓜和黄瓜的亲缘关系更近,在全基因组水平证明了三者之间的进化关系。比较基因组学分析发现,与同属的黄瓜和甜瓜相比,酸黄瓜中NBS类抗病基因家族显著扩张,同时与抗性相关的正选择基因也显著富集,初步揭示了酸黄瓜抗性的分子基础。酸黄瓜全基因组的解析对于后续全面分析其优异基因并用于栽培黄瓜的渐渗育种具有非常重要的价值。

本研究工作以南京农业大学作物遗传与种质创新国家重点实验室为第一单位,中国农业科学院蔬菜花卉研究所为第二单位。南京农业大学园艺学院陈劲枫教授和中国农业科学院深圳农业基因组研究所黄三文研究员为通讯作者,南京农业大学博士研究生秦晓东、青岛农业大学张忠华教授、南京农业大学娄群峰教授为共同第一作者。南京农业大学李季副教授、虞夏清博士、程春燕博士和夏磊博士研究生等共同参与了该研究。本研究得到了国家重点研发计划(2018YFD1000804)、国家自然科学基金重点项目(31430075)、江苏省重大品种创制(PZCZ201719)、江苏高校优势学科建设工程资助项目的资助。
日期:2021-03-15

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