黄瓜品种|从基因组到新品种一根黄瓜也能“顶天立地”( 二 ) 基因组测序|黑星病|新品种|抗

测序工作2007年正式启动后，又得到了原农业部、科技部和国家自然科学基金委员会的部分项目支持。
解读基因组秘密
“我们的工作相互支撑。”黄三文团队研究员张忠华告诉《中国科学报》，从项目启动伊始，两个团队的工作就紧密的联系在一起。
以黄三文团队为主，蔬菜所研究人员抓住新一代基因组测序技术出现的契机，破解了第一个蔬菜作物——黄瓜的基因组遗传密码。并以此为基础，研究了世界上主要黄瓜资源的全基因组遗传变异。
他们证实，黄瓜原产于印度，经过人类驯化选择成为人们喜欢的蔬菜，后来传播到不同地域，形成了三个主要类型：欧亚黄瓜、东亚黄瓜、西双版纳黄瓜。东亚黄瓜与印度黄瓜的分离时间是2000多年，与张骞出使西域给中国带来这个大众蔬菜的史实相吻合。
2009年到2013年，上述研究成果先后发表于《自然-遗传》和《美国科学院院刊》等国际顶级期刊上。
顾兴芳说，这些成果为发现黄瓜重要农艺性状控制基因提供了重要的资源和信息，也为黄瓜种质资源的育种利用提供了理论框架。以此为基础，他们克隆和定位了50多个黄瓜农艺性状基因，推动黄瓜育种进入分子设计时代。
针对黄瓜单产较低和华南类型黄瓜偶有苦味的生产问题，2014年，他们在《科学》杂志上宣布发现控制果实数目和苦味形成的关键基因。
黄三文介绍，黄瓜只有雌花才能发育成商品瓜，他们发现M基因能够控制雌花的形成，M基因是黄瓜首个得到功能确证的重要农艺性状基因，结合该基因作用途径开发了提高雌花率的基因标记，用于辅助选育高产黄瓜。
此外，黄瓜中的合成葫芦素C导致果实变苦，他们发现了控制黄瓜苦味物质合成的9个基因，并发现有两个“开关”基因分别在叶片和果实中控制苦味物质的合成。
“把果实‘开关’关上，不让黄瓜变苦；把叶片‘开关’打开，让叶片苦来抗虫。”黄三文说，苦味物质精确调控是植物中首次揭示代谢产物的精确调控机制。
与此同时，顾兴芳团队利用黄瓜基因组大数据，构建了国际上第一张超饱和含有10629个SNP的遗传图谱；首次发现了果实苦味基因Bi-3和显性果皮有光泽基因G，阐明了有光泽、抗黑星病、抗病毒病等性状的遗传规律；开发出与无苦味、有光泽、抗黑星病、抗病毒病等21个性状紧密连锁的分子标记。
【黄瓜品种|从基因组到新品种一根黄瓜也能“顶天立地”】不仅如此，黄瓜基因组研究方法体系在白菜、西瓜和番茄等蔬菜作物基因组研究中得到广泛应用。在我国多个单位的同心协力下，在Nature、Science和Cell等国际顶尖期刊发表10多篇研究论文，带动我国蔬菜基因组学科进入国际领先行列。
分子育种进入“掘金时代”
长期以来，我国蔬菜生产上品质优良、多抗和丰产性好的黄瓜品种数量不足。
顾兴芳介绍，黄瓜原有主栽品种瓜把长、瓜色暗、瓜条表面有黄线、果肉颜色发白、口感差，影响了果实外观品质和食用品质；多抗、高抗品种少，造成不同年份的丰产性不稳定。
关于黄瓜主要病害抗病性鉴定方法，更是没有形成统一标准，影响了抗病性鉴定结果的准确性及可比性，导致育种效率降低。
此外，在品质和抗病育种技术上，仍沿用常规育种手段，无简便且实用的分子标记可用，育种周期长，选择效率低，导致品种更新换代速度慢。
“基因组研究推动了黄瓜基因的‘掘金时代’ 。”黄三文如是说。自然奖获得者之一、湖南蔬菜研究所的陈惠明研究员基于基因组研究结果，培育了“蔬研”系列等新品种，成功解决了华南黄瓜品种变苦而丧失商品价值的生产难题。累计推广约100万亩，创造约80亿元的经济价值，取得了显著的社会效益。

黄瓜品种|从基因组到新品种一根黄瓜也能“顶天立地”( 二 )

猜你喜欢