2021年2月7日，南京農業(yè)大學園藝學院陳勁楓團隊以“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上發(fā)表重要成果。該研究完成了黃瓜近緣野生種酸黃瓜（Cucumis hystrixChakr.，2n=2X=24）染色體水平的基因組組裝，不僅豐富了甜瓜屬物種進化研究的數據資源，也為黃瓜的種間雜交漸滲育種和野生優(yōu)異基因的發(fā)掘提供了重要支撐。
黃瓜（Cucumis sativusL., 2n=14）屬于葫蘆科甜瓜屬，為我國前三大蔬菜作物，年種植面積1500余萬畝，產量5655余萬噸，在國民經濟和人民生活中均具有重要的地位。黃瓜生產中存在的關鍵問題是多抗性差，易感多種病蟲害，根本性的原因是黃瓜的遺傳基礎狹窄（種內變異< 8%），種內抗源缺乏。酸黃瓜為黃瓜的野生近緣種，主要分布于中國云南、泰國、緬甸、孟加拉國和印度東北部，具有耐低溫弱光、高抗霜霉病、抗根結線蟲等優(yōu)良性狀。
陳勁楓教授于1997年在云南發(fā)現并采集到酸黃瓜，通過胚胎拯救和染色體加倍等技術成功實現了酸黃瓜和栽培黃瓜的種間雜交，創(chuàng)制出世界上首例甜瓜屬種間雜種，進一步通過回交轉育和系統(tǒng)篩選，創(chuàng)制了附加系、漸滲系等一系列特異種質，開創(chuàng)了野生資源用于栽培黃瓜品種改良的先河。該種間雜交也是迄今為止，世界上唯一成功報道的可用于黃瓜品種改良的甜瓜屬種間雜交。
該研究以酸黃瓜高代自交系為材料，對其進行高通量測序、基因組組裝和注釋，最終得到289Mb基因組序列，其Contig N50為221Kb，Scaffold N50為14Mb，注釋共得到23,864個蛋白編碼基因。酸黃瓜基因組GC含量為33.12%，重復序列含量為48.7%，其中LTR類型的重復序列含量最高，占基因組的19.64%。
全基因組比較分析表明，黃瓜和酸黃瓜的核酸和蛋白序列平均相似度高于酸黃瓜和甜瓜，進一步利用304個單拷貝基因構建進化樹，發(fā)現與甜瓜相比，酸黃瓜和黃瓜的親緣關系更近，在全基因組水平證明了三者之間的進化關系。比較基因組學分析發(fā)現，與同屬的黃瓜和甜瓜相比，酸黃瓜中NBS類抗病基因家族顯著擴張，同時與抗性相關的正選擇基因也顯著富集，初步揭示了酸黃瓜抗性的分子基礎。酸黃瓜全基因組的解析對于后續(xù)全面分析其優(yōu)異基因并用于栽培黃瓜的漸滲育種具有非常重要的價值。
本研究工作以南京農業(yè)大學作物遺傳與種質創(chuàng)新國家重點實驗室為第一單位，中國農業(yè)科學院蔬菜花卉研究所為第二單位。南京農業(yè)大學園藝學院陳勁楓教授和中國農業(yè)科學院深圳農業(yè)基因組研究所黃三文研究員為通訊作者，南京農業(yè)大學博士研究生秦曉東、青島農業(yè)大學張忠華教授、南京農業(yè)大學婁群峰教授為共同第一作者。南京農業(yè)大學李季副教授、虞夏清博士、程春燕博士和夏磊博士研究生等共同參與了該研究。本研究得到了國家重點研發(fā)計劃（2018YFD1000804）、國家自然科學基金重點項目（31430075）、江蘇省重大品種創(chuàng)制（PZCZ201719）、江蘇高校優(yōu)勢學科建設工程資助項目的資助。
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