中外科学家成功解析西瓜基因组
西瓜（Citrulluslanatus）在植物分类学中属于葫芦科西瓜属，原产于非洲，在五代时期引入中国。西瓜年产量大约为9000万吨，为第五大水果消费品，同时也是中国重要的经济水果之一。现代西瓜在形状、大小、颜色、口味和营养成分等方面，都有很大差异。而且西瓜的近缘野生种、亚种和变种非常多，具有丰富的遗传多样性。但是，近几十年来对其品质的定向选择和培育，使得西瓜品种的遗传基础越来越窄，这已成为制约西瓜遗传品质改良的重要瓶颈。
在本研究中，科研人员先对东亚西瓜培育品种97103进行了全基因组测序，构建了高质量基因组图谱。组装后得到353.Mb的西瓜基因组，并将其中93.5%的序列定位到11条染色体上。西瓜基因组中重复序列高达45.2%，而且发现在过去的450万年中，西瓜基因组中的长末端重复序列（LTR）远比在黄瓜中积累的快。结合基因组注释，研究人员共鉴定出23440个编码基因，并且根据之前测序的植物基因组，发现西瓜的编码基因明显富集在亚端粒区域。
在进化分析中，研究人员发现当今西瓜的11条染色体来源于7条染色体的古六倍型双子叶植物祖先。具有7条染色体的双子叶植物祖先，经过三倍化，形成了21条染色体的古六倍中间型。这种中间型在经过了81次基因分裂和91次基因融合，从而形成了如今西瓜这种11条染色体结构。
同时，研究人员还对20个不同亚种的西瓜进行了重测序，包括10个培育的vulgaris亚种（其中有5个东亚型和5个美洲型），6个半野生的mucosospermus亚种以及4个lanatus亚种。结合这些数据，研究人员对西瓜进行了种质遗传多样性评价。他们发现，lanatus亚种和其他两个亚种之间存在较大差异，而培育的亚种内部差异相对较小，尤其是vulgaris亚种美洲型内部之间。同时研究还发现mucosospermus亚种是vulgaris亚种的近代祖先。
在对其进行的抗病基因研究中，研究人员筛选出了三类与抗病相关的基因，分别是核苷酸结合位点-亮氨酸重复序列（NBS-LRR）、脂氧合酶（LOX）以及受体样基因家族。他们发现很多抗病相关的基因在染色体上富集，这表明串联重复可能是抗病基因进化的基础。研究还发现大量的抗病基因在西瓜的驯化过程中缺失，同时也支持了抗病能力差是性状定向选择所付出的代价这种观点。
研究人员对黄瓜和西瓜的韧皮汁液和维管束进行了转录组测序，发现这两个物种中维管束的基因集基本是一致的，但韧皮汁液中仅有50%-60%的转录组数据是一致的。GO富集分析表明，韧皮部的基因主要和应激或刺激相关，而西瓜中*的转录因子，则与一些大分子的生物合成和蛋白质代谢过程相关。值得注意的是，在西瓜的韧皮部含有118个转录因子，而在黄瓜中仅含有46个，但两种都有的有32个。
西瓜果实的成熟是个复杂的过程，涉及大小、颜色、糖分和营养成分等的动态变化。研究人员还结合西瓜四个关键生长期的果肉、果皮RNA-seq数据对其进行研究，结果表明，在果肉和果皮成熟过程中，涉及细胞壁合成、类黄酮代谢以及防御反应等生物学过程的显著变化，而类胡萝卜素、己糖和单糖代谢过程的显著变化仅出现在果肉成熟过程中。
华大基因该项目负责人张建国表示：“高质量西瓜基因组图谱的完成为西瓜的研究打开了新的一页。该图谱将促进西瓜抗性、品质等重要农艺性状基因的定位和调控网络的研究，为通过分子育种进行西瓜品种改良奠定基础，同时还将促进葫芦科植物的进化研究，以及糖分代谢机制等基础生物学研究”。
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