近日，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院陳勁楓教授團(tuán)隊(duì)在國際知名雜志《ThePlant Journal》上在線發(fā)表了題為“Reconstruction of ancestral karyotype illuminates chromosome evolution in the genus Cucumis” 的研究論文，該研究利用本實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的高度可定制化的oligo-painting技術(shù)，構(gòu)建了一個(gè)包含甜瓜屬祖先核型的進(jìn)化框架，并重建了這些物種起源的進(jìn)化軌跡和機(jī)制，回答了七條黃瓜染色體如何從十二條祖先染色體演化的這一科學(xué)問題，增進(jìn)了對(duì)染色體的進(jìn)化可塑性的認(rèn)識(shí)。同時(shí)，該研究為其他植物進(jìn)行染色體進(jìn)化的相關(guān)研究建立一個(gè)典型應(yīng)用案例。

 

　　由復(fù)雜的染色體重排驅(qū)動(dòng)的核型動(dòng)態(tài)構(gòu)成了進(jìn)化遺傳學(xué)的一個(gè)基本問題。比較基因組學(xué)可以建立一個(gè)基于系統(tǒng)發(fā)育學(xué)的進(jìn)化框架，從而重建形成當(dāng)今植物核型的進(jìn)化事件。這個(gè)進(jìn)化框架無疑可以成為揭開物種起源和馴化之謎的關(guān)鍵。然而，物種進(jìn)化事件的重建一直是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的工作，特別是在植物王國中。模式物種和作物的基因組測(cè)序項(xiàng)目的快速增加，引發(fā)了人們對(duì)進(jìn)化事件本質(zhì)的強(qiáng)烈興趣。然而，許多物種的基因組資源有限，特別是非模型植物， 使得重建這一框架更具挑戰(zhàn)性。

 

　　甜瓜屬（Cucumis）屬于葫蘆科（Cucurbitaceae），包含約66 物種，包括在全球范圍內(nèi)廣泛分布的重要經(jīng)濟(jì)作物，黃瓜（C. sativus，2n = 2x = 14）和甜瓜（C. melo，2n = 2x = 24）。盡管這些物種和人類之間存在著長達(dá)千年的關(guān)聯(lián)，但這些物種和野生近緣物種之間的起源關(guān)系和進(jìn)化事件仍然不清楚，構(gòu)建一個(gè)基于系統(tǒng)發(fā)育學(xué)的進(jìn)化框架可以闡明這個(gè)問題，將為祖先如何演化成現(xiàn)存的甜瓜屬物種提供新的見解。

　　本研究在實(shí)驗(yàn)室已發(fā)表的oligo-painting 技術(shù)基礎(chǔ)上（Plant Journal，doi: 10.1111/tpj.14600），使用高度可定制化的比較oligo-painting（comparative oligo-painting，COP），可視化了代表性甜瓜屬物種的精細(xì)基因組結(jié)構(gòu)，構(gòu)建了一個(gè)包含祖先核型進(jìn)化框架，從而闡明了這些物種核型起源的的進(jìn)化事件，并證明了甜瓜屬祖先核型（n = 12）通過頻繁的雜交和系譜/物種特異性基因組重組而演化為現(xiàn)存的甜瓜屬物種基因組。研究結(jié)果表明，甜瓜屬核型的分區(qū)進(jìn)化可塑性的主要位于近著絲粒區(qū)域，這些區(qū)域由于其脆弱性而在染色體進(jìn)化中扮演重要作用。同時(shí)，對(duì)于黃瓜和甜瓜染色體的起源-進(jìn)化提供了新的認(rèn)識(shí)。

 

　　本研究工作以南京農(nóng)業(yè)大學(xué)為第一單位。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院陳勁楓教授和婁群峰教授為該論文的通訊作者，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院博士生趙勤政為論文第一作者，博士研究生王盼喬和秦曉東、青年教師程春燕和虞夏清，李季副教授等參與了該研究。本研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2018YFD1000804）、國家自然科學(xué)基金（31430075）、江蘇省重大品種創(chuàng)制（PZCZ201719）和江蘇高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目的資助。

 

　　全文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.15381