点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:黄瓜是怎样驯化的?泛基因组图告诉你
首页> 科技频道> 综合新闻 > 正文

黄瓜是怎样驯化的?泛基因组图告诉你

来源:光明网2022-03-04 14:33

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  光明网讯(记者 宋雅娟 张蕃)近日,Nature Communications在线发表了中国农业科学院蔬菜花卉研究所功能基因课题组题为Graph-based pan-genome reveals structural and sequence variations related to agronomic traits and domestication in cucumber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。

黄瓜是怎样驯化的?泛基因组图告诉你

  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。大量重要农艺性状由较长DNA序列片段的结构变异控制,但结构变异较难分析,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(Nature Genetics, 2013),选择了12个代表性黄瓜种质资源,包括5个印度野生类群、3个东亚类群、3个欧美类群和1个西双版纳类群材料,分别完成了染色体水平的基因组组装。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(图1),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。

黄瓜是怎样驯化的?泛基因组图告诉你

  图1 黄瓜驯化过程中基因组染色体的核型演化

  为全面鉴定黄瓜基因组的遗传变异,该研究建立了12个黄瓜基因组的共线性对应关系,比对共鉴定出290万个SNP、140万个小InDels和5.6万个结构变异 (SV),其中2,624个SV影响了2,712个基因的编码区。将SV序列和断点信息与黄瓜参考基因组图谱整合,研究人员构建了黄瓜图形结构泛基因组(图2),并对多个农艺性状进行了结构变异的全基因组关联(SV-GWAS)分析,成功鉴定出黄瓜性别决定相关基因m和F所在基因组区域,并直接关联到果刺基因CsGL3启动子区域的关键结构变异。

黄瓜是怎样驯化的?泛基因组图告诉你

  图2 黄瓜图形结构泛基因组

  为进一步利用图形结构泛基因组揭示影响黄瓜驯化和重要农艺性状的遗传变异,该研究对黄瓜果刺果瘤、开花时间和根系发育等性状进行了深入分析。在已知果瘤关键基因CsTu的外显子上新发现了一个51-bp的结构变异,可破坏CsTu基因功能影响果瘤,并且对果刺果瘤多个基因在黄瓜115份核心种质的遗传变异进行了系统分析,揭示了结构变异在果实刺瘤性状相关基因中的驯化和育种选择历程(图3)。开花时间在农作物驯化和地理适应的过程中发挥重要作用,现代栽培黄瓜的开花时间都远远早于野生黄瓜和西双版纳半野生黄瓜,基于图形结构泛基因组,该研究新鉴定出CsFT上游1个44-kb的结构变异,只在2份开花极晚 (~60d) 的野生黄瓜种质中出现,系统发生关系表明这2个野生种质可能为其他黄瓜的祖先类型,并提出了CsFT位点在黄瓜驯化和和育种选择过程中的演化历程,加深了对黄瓜适应性演化机制的理解(图4)。此外,该研究还发现PELPK7.1和PELPK7.2基因附近结构变异可能在黄瓜驯化过程根系发育的改变中起重要作用。

黄瓜是怎样驯化的?泛基因组图告诉你

  图3 CsTu果瘤基因区的新SV和SV在驯化和育种过程中的选择

黄瓜是怎样驯化的?泛基因组图告诉你

  图4 黄瓜开花时间CsFT基因的驯化和育种选择

  该研究不仅为黄瓜基因组和重要性状的演化提供新见解,而且为黄瓜重要基因挖掘和遗传育种提供了重要平台资源和信息,为加速黄瓜育种进入全基因组设计时代奠定了重要基础。其方法论和相关结果也为甜瓜、西瓜和南瓜等瓜类作物生物学研究提供重要参考。

  据了解,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。中国农业科学院蔬菜花卉研究所为第一完成单位。本研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、中国农业科学院创新工程、山东省泰山学者和草学一流学科等资助。

[ 责编:武玥彤 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 中国体育代表团成都世运会首金诞生!

  • 2025世界机器人大会在北京开幕

独家策划

推荐阅读
实验室是科技创新的重要摇篮,但里边有不少危险而又昂贵的设备,可能对科研工作者人身和财产安全造成威胁。如何织密安全防护网?
2025-08-08 10:25
中国科学技术大学俞书宏院士团队成功开发出一种可闭环生物回收的纤维素基介电薄膜,能够提高电子器件的循环利用率,从而减少电子废弃物。
2025-08-08 10:16
日前,济南量子技术研究院团队与深圳国际量子研究院团队合作,在可见光集成光学领域取得重要进展:成功研制出一套新型可见光矢量光谱分析仪。
2025-08-08 10:12
中国林科院林业所林木细胞遗传研究组近日提出了研究裸子植物生长停滞可塑性的独特模型。这一成果填补了人们对裸子植物发育可塑性认识的空白。
2025-08-08 10:11
8月6日,揽月月面着陆器着陆起飞综合验证试验在位于河北省怀来县的地外天体着陆试验场圆满完成,此次试验是我国首次进行载人航天器地外天体着陆起飞试验。
2025-08-08 10:09
近日,中国科学院大连化学物理研究所研究员吴凯丰团队采用胶体量子点溶液作为增益介质,通过法布里-珀罗谐振腔耦合及双脉冲泵浦设计,开发出连续稳定工作10天以上、能量转化效率大于17%的量子点液体激光器。
2025-08-07 10:18
近日,中国农业科学院农业基因组研究所的研究团队深入解析了中亚野猪种群在跨越欧亚大陆百万年的迁徙历程中适应环境的独特遗传密码,为理解大型哺乳动物如何应对环境变化提供了全新视角。
2025-08-07 10:18
无论是钢琴家指尖流淌出的动人旋律,还是外科医生在显微镜下的精准操作,甚至是母亲为孩子系鞋带时的温柔细致……
2025-08-07 03:40
月球,地球最亲密的邻居,它的“婴儿期”是什么样的?为破解这个谜题,中国地质大学(北京)科学研究院王水炯教授团队和中国科学院地质与地球物理研究所李秋立研究员团队合作
2025-08-07 03:40
近日,国务院常务会议讨论并原则通过了《中华人民共和国耕地保护和质量提升法(草案)》(以下简称《草案》),决定将《草案》提请全国人大常委会审议。
2025-08-07 03:40
长期以来,石油衍生塑料的污染问题,特别是微塑料对食物和水源的有害影响,一直困扰着人类。研究人员设计了利用恶臭假单胞菌等菌株,将二氧化碳、木质素和食物垃圾等废物转化为生物塑料的方法。
2025-08-06 09:38
南方科技大学地球与空间科学系副教授林玉峰与合作者揭示了地球磁场发电机对地核流体黏度的不变性,并发现早期地球模型可产生与现今观测高度相似的地磁场结构和强度。
2025-08-06 09:35
中国工程院院士、中国农业科学院作物科学研究所研究员万建民表示,纹枯病是威胁全球水稻生产的重大病害,年均造成产量损失10%至30%。
2025-08-06 09:33
近年来,受全球气候变化影响,灾害性天气的突发性、极端性、不确定性愈加明显,特别是进入汛期,突破历史纪录和传统认知的灾害频繁发生。
2025-08-06 09:25
农业农村部、生态环境部日前联合发布《中国渔业生态环境状况公报(2024)》,公布2024年中国渔业水域水质、沉积物、浮游生物等18项指标的生态环境监测情况。
2025-08-06 09:22
林炳亮:基孔肯雅病毒不会通过日常接触引发人际传播,也不会通过咳嗽、打喷嚏等传播。林炳亮:基孔肯雅热和登革热的传播途径一样,都是由伊蚊传播,因此防控措施也一样。基孔肯雅热的治疗尚无特效药物,以对症治疗为主,并做好防蚊隔离。
2025-08-05 10:16
黄皮、龙宫果、嘉宝果、蛇皮果……不少爱吃水果的消费者发现,无论是在线下超市里,还是在线上购物软件里,市面上出售的新奇小众水果越来越多了。泰国的榴莲、山竹都是很热门的水果,我们在泰国采购过程中发现,当地的榴莲果园里会混种一些龙宫果的树木。
2025-08-05 10:15
》显示,长江流域水生生物资源恢复态势总体向好,完整性指数持续提升。
2025-08-05 10:14
近30年来,程芳琴带领团队聚焦煤、电、冶等产业中产生的工业固废处理处置问题,致力于工业固废的低碳化、高值化利用和无害化处置。通过“预处理活化—资源化利用—无害化处置”的技术链条,让工业固废逐步从环境负担转化为可利用资源,促进循环经济发展。
2025-08-05 10:13
物理学家利用一种仅几千克重的装置从核反应堆中捕获了中微子,这种装置的重量比标准的中微子探测器小几个数量级。Scholberg的COHERENT探测器首次利用了一种名为相干散射的现象,即中微子与整个原子核发生“散射”,而不是与构成原子的粒子发生散射。
2025-08-05 10:11
加载更多