青岛日报社/观海新闻2月5日讯 近日，《自然》旗下子期刊在线发表了青岛农业大学园艺学院张忠华教授团队题为“基于图形的黄瓜泛基因组揭示与农艺性状和驯化相关的结构和序列变异”的研究论文，该研究首次构建了高质量的黄瓜图形结构泛基因组，阐明了黄瓜驯化过程中基因组染色体核型的演化规律，鉴定了多个与黄瓜农艺性状和驯化相关的重要结构变异，并揭示了重要性状在驯化和育种改良过程中演化的基因组学基础，这为黄瓜重要基因挖掘、野生基因资源利用和分子设计育种提供了重要信息。
黄瓜是重要蔬菜作物，也是研究植物性别决定和维管束生物学的重要模式系统。黄瓜基因组参考序列和种质资源全基因组遗传变异研究推动了重要农艺性状基因的鉴定和利用，然而，大量重要农艺性状是由较长DNA序列片段的结构变异控制，且结构变异为野生资源利用和基因挖掘带来诸多障碍，因此需要通过泛基因组研究全面鉴定黄瓜基因组的结构变异，进而促进黄瓜驯化和重要农艺性状相关基因的研究。
该研究基于前期对黄瓜115份核心种质资源的亲缘关系和演化分析，选择了12个代表性黄瓜种质资源。通过比较这12个基因组序列，发现了在4号、5号和7号染色体上有7个特大DNA片段倒位变异，这些特大倒位变异只在部分野生材料中存在，并且不同野生材料存在的变异不同，揭示了倒位变异在野生材料驯化中的逐步演化。倒位变异的存在会导致重组抑制进而限制野生资源基因的挖掘和利用，这些特大片段倒位变异的演化历史为野生材料选择应用提供了重要信息。
该成果由中国农业科学院蔬菜花卉研究所、青岛农业大学、中国农业科学院农业基因组研究所和西北农林科技大学等多家单位协作完成。青岛农业大学园艺学院张忠华教授为唯一通讯作者，青岛农业大学为唯一通讯作者单位。此前，张忠华教授作为（共同）第一或通讯作者破译了第一个瓜类作物-黄瓜的基因组密码，解析了黄瓜、甜瓜和冬瓜等瓜类作物的基因组演化历程、驯化历史和农艺性状多样性遗传机制，阐明了黄瓜全部开雌花等性状的遗传机理，并为黄瓜及其他瓜类苦味物质合成和调控机理解析提供了关键基因，这些工作为推动瓜类作物研究进入组学时代和全基因组分子设计育种奠定了基础。
张忠华介绍，黄瓜在驯化过程中根据人类的喜好，多个基因发生了改变，苦味调控基因改变导致苦味降低或丧失，控制果实大小、多少的基因发生改变导致果实变大，提高产量。目前人类掌握的基因有苦味、果实大小（部分基因）、果实数目（大部分）、果刺果瘤（大部分）、开花时间（部分）、抗病基因（较少的几个）等。有了这些基础研究数据，研究人员就可以用这些基因进行优质新品种的培育。比如张忠华团队就已经与湖南农科院联合，利用生物技术手段培育了不利生长条件下，不苦且高产的旱黄瓜新品种。团队的黄瓜驯化技术处于国内领先水平。目前，团队研究成果已被国内多个育种单位利用，多个新品种得到大面积推广。（青岛日报/观海新闻记者 赵黎）
责任编辑：岳文燕
