2021年2月7日，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院陳勁楓團(tuán)隊(duì)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(jìn)化研究的數(shù)據(jù)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(chǎn)量5655余萬噸，在國民經(jīng)濟(jì)和人民生活中均具有重要的地位。黃瓜生產(chǎn)中存在的關(guān)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(chǔ)狹窄（種內(nèi)變異< 8%），種內(nèi)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(jié)線蟲等優(yōu)良性狀。
陳勁楓教授于1997年在云南發(fā)現(xiàn)并采集到酸黃瓜，通過胚胎拯救和染色體加倍等技術(shù)成功實(shí)現(xiàn)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(jìn)一步通過回交轉(zhuǎn)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(zhì)，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(bào)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(jìn)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(gè)蛋白編碼基因。酸黃瓜基因組GC含量為33.12%，重復(fù)序列含量為48.7%，其中LTR類型的重復(fù)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(jìn)一步利用304個(gè)單拷貝基因構(gòu)建進(jìn)化樹，發(fā)現(xiàn)與甜瓜相比，酸黃瓜和黃瓜的親緣關(guān)系更近，在全基因組水平證明了三者之間的進(jìn)化關(guān)系。比較基因組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，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(kuò)張，同時(shí)與抗性相關(guān)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(chǔ)。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(jià)值。
本研究工作以南京農(nóng)業(yè)大學(xué)作物遺傳與種質(zhì)創(chuàng)新國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為第一單位，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所為第二單位。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院陳勁楓教授和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所黃三文研究員為通訊作者，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)博士研究生秦曉東、青島農(nóng)業(yè)大學(xué)張忠華教授、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)婁群峰教授為共同第一作者。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)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(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2018YFD1000804）、國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目（31430075）、江蘇省重大品種創(chuàng)制（PZCZ201719）、江蘇高校優(yōu)勢學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目的資助。
日期：2021-03-15
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(chǎn)量5655余萬噸，在國民經(jīng)濟(jì)和人民生活中均具有重要的地位。黃瓜生產(chǎn)中存在的關(guān)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(chǔ)狹窄（種內(nèi)變異< 8%），種內(nèi)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(jié)線蟲等優(yōu)良性狀。
陳勁楓教授于1997年在云南發(fā)現(xiàn)并采集到酸黃瓜，通過胚胎拯救和染色體加倍等技術(shù)成功實(shí)現(xiàn)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(jìn)一步通過回交轉(zhuǎn)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(zhì)，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(bào)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(jìn)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(gè)蛋白編碼基因。酸黃瓜基因組GC含量為33.12%，重復(fù)序列含量為48.7%，其中LTR類型的重復(fù)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(jìn)一步利用304個(gè)單拷貝基因構(gòu)建進(jìn)化樹，發(fā)現(xiàn)與甜瓜相比，酸黃瓜和黃瓜的親緣關(guān)系更近，在全基因組水平證明了三者之間的進(jìn)化關(guān)系。比較基因組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，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(kuò)張，同時(shí)與抗性相關(guān)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(chǔ)。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(jià)值。
本研究工作以南京農(nóng)業(yè)大學(xué)作物遺傳與種質(zhì)創(chuàng)新國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為第一單位，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所為第二單位。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院陳勁楓教授和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所黃三文研究員為通訊作者，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)博士研究生秦曉東、青島農(nóng)業(yè)大學(xué)張忠華教授、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)婁群峰教授為共同第一作者。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)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(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2018YFD1000804）、國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目（31430075）、江蘇省重大品種創(chuàng)制（PZCZ201719）、江蘇高校優(yōu)勢學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目的資助。
日期：2021-03-15
