青岛农业大学张忠华团队基于野生甜瓜基因组发现果实酸味驯化的重要结构变异

青岛农业大学张忠华团队通过组装高质量野生甜瓜基因组并构建结构变异图谱，发现薄皮甜瓜中调控果实酸味的关键结构变异（约16.33 kb的大片段SV），揭示了甜瓜酸味控制基因CmPH的演化路径，为果实酸味的精准调控提供了基因靶标。研究背景与材料甜瓜是重要的驯化作物，野生甜瓜因未经人工选择，具有遗传多样性高、抗性强、糖酸比低等特点，是研究农艺性状的宝贵资源。研究以代表性野生甜瓜“P84”为材料，其基因组和蛋白编码基因的完整性分别达到98.70%和97.80%，为后续分析提供了高质量的参考基因组。结构变异图谱的构建与驯化特征分析研究全面鉴定了P84基因组与4个已发表栽培基因组的单核苷酸多态位点（SNP）、插入缺失（InDel）和结构变异（SV，≥50 bp的插入或缺失），最终确定10,589个高置信度SVs。通过“k-mer counts”方法结合群体重测序数据，鉴定出3317个具有驯化特征的SVs，并通过SV全基因组关联分析（SV-GWAS），在果实、性别等性状中关联到18个新的候选位点。果实酸味性状的关键发现CmPH基因的驯化角色扩展：此前研究发现，CmPH是厚皮甜瓜果肉酸味调控的关键基因，受显著驯化选择。本研究通过正向遗传学发现，CmPH在薄皮甜瓜的果实酸味驯化中同样扮演重要角色。薄皮甜瓜特有结构变异：鉴定到一个调控CmPH的大片段SV（约16.33 kb），该变异为薄皮甜瓜特有，可能通过影响CmPH的表达或功能，导致果实酸味的驯化差异。演化模型构建：研究构建了CmPH基因在薄皮和厚皮甜瓜中的演化模型，揭示了其从野生型到栽培型的驯化路径，为理解甜瓜果实酸味的遗传机制提供了新视角。图1：P84形态学特征、基因组特征及CmPH基因演化模型（图中展示了野生甜瓜与栽培甜瓜在CmPH基因结构上的差异，以及驯化过程中关键变异的积累）。研究意义与应用价值育种资源：野生甜瓜参考基因组和结构变异图谱为未来甜瓜育种提供了重要资源，尤其是针对果实酸味的精准调控。分子机制解析：候选结构变异的鉴定为深入理解甜瓜重要农艺性状的分子机制奠定了基础。跨物种参考：研究方法与结果可为其他作物的驯化基因挖掘和育种提供借鉴。研究团队与资助共同第一作者：青岛农业大学在读博士研究生陈新秀、中国农业科学院深圳农业基因组研究所博士生李宏博、山东农业大学-青岛农业大学联合培养博士生董元花。共同通讯作者：青岛农业大学张忠华教授和青年教师张慧敏。资助来源：国家自然科学基金项目、山东省人民政府“泰山学者”基金、青岛农业大学博士启动基金。论文链接：https://doi.org/10.1007/s00122-024-04647-4