近日，南京農(nong) 業(ye) 大學園藝學院教授陳勁楓團隊在《尖端科學》在線發表研究論文。該研究曆經20多年，圍繞甜瓜屬人工異源四倍體(ti) 新物種“金瓜”開展了係統深入研究，完成了世界首例人工合成異源多倍體(ti) 全基因組測序，揭示並初步闡明了在異源多倍化物種形成3個(ge) 階段中，種間雜交的作用最為(wei) 顯著，以及亞(ya) 基因組優(you) 勢形成機製等多倍體(ti) 研究重要科學問題，對於(yu) 加強植物多倍化研究及作物育種利用具有重要意義(yi) 。

早在2000年前，陳勁楓將栽培黃瓜與(yu) 野生酸黃瓜進行種間雜交，通過胚胎拯救和染色體(ti) 加倍，首創了甜瓜屬人工異源四倍體(ti) 新物種——“金瓜”，並命名為(wei) Cucumis hytivusChen and Kirkbr.，建立了利用種間變異進行黃瓜遺傳(chuan) 改良的途徑，申請獲得了國家發明專(zhuan) 利。在此基礎上，項目組通過進一步將金瓜和栽培黃瓜雜交和多次回交，創製了異源三倍體(ti) 、單體(ti) 異附加係和漸滲係等一係列特異染色體(ti) 工程材料，為(wei) 黃瓜遺傳(chuan) 育種提供了全新的種質資源。

該研究利用PacBio+BioNano+Hi-C+Illumina多層級的策略完成了首個(ge) 人工合成多倍體(ti) 的染色體(ti) 水平基因組組裝，並對其亞(ya) 基因組進行了精確區分。在項目組前期解析了酸黃瓜基因組的基礎上，本研究通過比對親(qin) 本栽培黃瓜和野生酸黃瓜基因組發現，雖然兩(liang) 個(ge) 親(qin) 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(ya) 基因組具有明顯的亞(ya) 基因組優(you) 勢現象，表現為(wei) 丟(diu) 失的序列更少，同源基因的表達水平更高。

進一步以種間雜種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分析顯示，異源多倍體(ti) 化過程中的3個(ge) 重要階段（種間雜交、基因組加倍和二倍體(ti) 化）對異源多倍體(ti) 基因組的作用各不相同，以種間雜交的作用最為(wei) 顯著。也就是說，多倍體(ti) 中被廣泛發現的亞(ya) 基因組優(you) 勢現象在種間雜交過程中就已經基本確定了，並在後續的進化過程逐漸累積。而在二倍體(ti) 化過程中，基因組的變化也主要發生在最初的幾個(ge) 世代（S0~S3），之後隻有少數位點的改變。

該研究對人工合成的多倍體(ti) 新物種金瓜進行了耐熱性與(yu) 抗南方根結線蟲鑒定，結果表明，金瓜不僅(jin) 表現出明顯的雜種優(you) 勢（生長力旺盛、營養(yang) 價(jia) 值高），同時還具有很強的環境適應性，能夠在炎熱的南京越夏生長，是利用多倍體(ti) 化開發作物新品種的典型案例。

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



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