研究人员在黄瓜基因组中共发现了26682个基因

据介绍,自喜马拉雅山脉南麓,本是印度境内土生土长的植物。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,由一种草药变成了品种多样的可口蔬菜,如今在世界范围内广泛种植。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。 2009年发表全基因组测序工作的黄瓜,是世界上第一个完成全基因组测序的蔬菜作物,对黄瓜本身和其他瓜类作物的遗传改良、基础生物学研究、植物维管束系统的功能和进化研究发挥了重要的推动作用。工作人员正是利用Sanger测序技术及高通量测序技术对黄瓜进行测序。这也是第一个高通量测序技术参与完成的农作物的全基因组测序工作。 黄瓜基因组共有约3.5亿个碱基对。研究人员在黄瓜基因组中共发现了26682个基因;创建了包含1800个分子标记的高密度遗传图谱,把基因组的20000多个基因定位在染色体上;发现了与黄瓜产量、品质、抗病性等重要农艺性状相关的候选基因300多个,克隆了与产量相关的性别决定基因、苦味基因和抗黑星病基因,为这些重要性状的分子育种提供了快捷准确的工具。 黄瓜有7条染色体,而甜瓜有12条染色体。该研究表明黄瓜7条染色体中的5条是由甜瓜的12条染色体中的10条两两融合而成的,这一发现解决了葫芦科染色体进化上一个多年未解的难题。在基因区域,黄瓜和甜瓜有95%的相似性,和西瓜也有超过90%的相似性。我国瓜类作物的栽培面积在4000万亩以上,黄瓜的基因组序列将推动所有瓜类作物的生物学研究和遗传育种。 植物的维管束系统相当于人体的血管,是植物营养运输和长距离信号传导的主要通道。黄瓜是维管束研究的模式系统。黄瓜基因组研究首次揭示了800个与维管束功能相关的基因,并且发现它们所在的基因家族在低等植物向高等植物进化的过程中得到了扩增。 在基因组测序完成的基础上,国际黄瓜基因组计划将开展黄瓜种质资源的遗传多样性和黄瓜基因表达及调控特性等方面的研究,并克隆主要的经济性状基因,开发廉价快捷的分子育种工具,努力推动基因组研究成果应用到优良新品种的培育和推广上。 黄瓜基因组计划首席科学家、中国农科院蔬菜花卉所研究员黄三文介绍,此次研究对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测序。共发现330多万个单核苷酸多态性位点,33万多个小插入和删除,以及594个获得/缺失变异。基于这些数据,构建起一个单核苷酸分辨率的黄瓜遗传变异图谱。 这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,而其余3个品种均来自栽培变种。比较分析发现,印度类群遗传多样性远远超过其他3个类群,这一结果证实了印度是黄瓜的发源地。 野生黄瓜果实极苦,原本在印度被当作草药,经过驯化,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明确定位在染色体5上一个包含67个基因的区域内,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。研究人员还发现了西双版纳黄瓜一个特有的突变。该突变导致西双版纳黄瓜在果实成熟期不能降解β-胡萝卜素,使得其具有特有的橙色果肉,而不是大部分黄瓜所呈现的白色或浅绿色果肉颜色。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。

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