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近日，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院教授陳勁楓團(tuán)隊在《尖端科學(xué)》在線發(fā)表研究論文。該研究歷經(jīng)20多年，圍繞甜瓜屬人工異源四倍體新物種“金瓜”開展了系統(tǒng)深入研究，完成了世界首例人工合成異源多倍體全基因組測序，揭示并初步闡明了在異源多倍化物種形成3個階段中，種間雜交的作用最為顯著，以及亞基因組優(yōu)勢形成機(jī)制等多倍體研究重要科學(xué)問題，對于加強(qiáng)植物多倍化研究及作物育種利用具有重要意義。

早在2000年前，陳勁楓將栽培黃瓜與野生酸黃瓜進(jìn)行種間雜交，通過胚胎拯救和染色體加倍，首創(chuàng)了甜瓜屬人工異源四倍體新物種——“金瓜”，并命名為Cucumis hytivusChen and Kirkbr.，建立了利用種間變異進(jìn)行黃瓜遺傳改良的途徑，申請獲得了國家發(fā)明專利。在此基礎(chǔ)上，項目組通過進(jìn)一步將金瓜和栽培黃瓜雜交和多次回交，創(chuàng)制了異源三倍體、單體異附加系和漸滲系等一系列特異染色體工程材料，為黃瓜遺傳育種提供了全新的種質(zhì)資源。

該研究利用PacBio+BioNano+Hi-C+Illumina多層級的策略完成了首個人工合成多倍體的染色體水平基因組組裝，并對其亞基因組進(jìn)行了精確區(qū)分。在項目組前期解析了酸黃瓜基因組的基礎(chǔ)上，本研究通過比對親本栽培黃瓜和野生酸黃瓜基因組發(fā)現(xiàn)，雖然兩個親本的絕大部分基因組均在金瓜基因組中得以保留，來自栽培黃瓜的亞基因組具有明顯的亞基因組優(yōu)勢現(xiàn)象，表現(xiàn)為丟失的序列更少，同源基因的表達(dá)水平更高。

進(jìn)一步以種間雜種F1、金瓜初世代S0和其他早期世代（S4~S13）開展的比較基因組學(xué)分析顯示，異源多倍體化過程中的3個重要階段（種間雜交、基因組加倍和二倍體化）對異源多倍體基因組的作用各不相同，以種間雜交的作用最為顯著。也就是說，多倍體中被廣泛發(fā)現(xiàn)的亞基因組優(yōu)勢現(xiàn)象在種間雜交過程中就已經(jīng)基本確定了，并在后續(xù)的進(jìn)化過程逐漸累積。而在二倍體化過程中，基因組的變化也主要發(fā)生在最初的幾個世代（S0~S3），之后只有少數(shù)位點的改變。

該研究對人工合成的多倍體新物種金瓜進(jìn)行了耐熱性與抗南方根結(jié)線蟲鑒定，結(jié)果表明，金瓜不僅表現(xiàn)出明顯的雜種優(yōu)勢（生長力旺盛、營養(yǎng)價值高），同時還具有很強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性，能夠在炎熱的南京越夏生長，是利用多倍體化開發(fā)作物新品種的典型案例。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/ 10.1002/advs.202004222



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