七种西瓜具有令人难以置信的多样性。图片来源：张兴平/先正达
一个国际研究团队全面研究了所有七种西瓜的基因组，创造了一种资源，可以帮助植物育种者提高国内水果的质量和在气候变化时代茁壮成长的能力。
当很多人想到西瓜时，他们可能会想到 Citrullus lanatus ，带有甜美多汁的红色果实的栽培西瓜作为甜点享誉世界。事实上，西瓜是世界上最受欢迎的水果之一，仅次于西红柿——许多人认为它是一种蔬菜。但是还有其他六种野生西瓜，它们的果实都是苍白、坚硬和苦涩的。
研究人员现在对所有七个物种的基因组进行了全面研究，创造了一种资源，可以帮助植物育种者找到能够抵抗病虫害、干旱和其他困难的野生西瓜基因，并进一步提高果实质量。将这些基因引入栽培西瓜中可以生产出能够在更多样化的气候中生长的优质甜西瓜，这在气候变化对农民的挑战日益严峻的情况下尤为重要。
“人类在过去 4000 年里对西瓜进行了驯化，他们选择了红色、甜味和苦味较少的果实，”博伊斯·汤普森研究所教员、国际努力的联合负责人张军飞说。
正如在Nature Genetics 上发表的一篇论文中所述 11 月 1 日，研究人员通过两步过程得出了这些见解。首先，他们创建了“参考基因组”的改进版本，植物科学家和育种者使用它从他们的标本中寻找新的有趣的基因版本。
栽培西瓜的野生近缘种在遗传上非常多样化，这使得它们很可能是对害虫、疾病和非生物胁迫（如干旱和高盐度）具有耐受性的基因来源。图片来源：张兴平/先正达
“不幸的是，随着人们让西瓜变得更甜、更红，西瓜失去了一些抵抗疾病和其他类型压力的能力，”同时也是康奈尔大学综合植物科学学院的兼职教授的费说。
费教授与他人共同领导创建了第一个使用东亚栽培品种“97103”的西瓜参考基因组，该品种于2013年发表。
“第一个参考基因组是使用较旧的短读长测序技术制作的，”费说。 “使用当前的长读长测序技术，我们能够创建质量更高的基因组，这将为西瓜社区提供更好的参考。”
然后，该小组对代表所有七个物种的 414 个不同西瓜的基因组进行了测序。通过将这些基因组与新的参考基因组以及相互比较，研究人员能够确定不同西瓜物种的进化关系。
“我们分析的一个主要发现是，一种在当前育种计划中广泛使用的野生物种，C.阿玛鲁斯 ，是一个姐妹物种，而不是人们普遍认为的祖先，”费说。
事实上，研究人员发现栽培西瓜是通过培育出苦味和增加甜味、果实大小和果肉颜色来驯化的。在过去的几百年里，现代品种通过增加甜味、风味和酥脆的质地得到了进一步的改进。研究人员还发现了西瓜基因组的一些区域，这些区域可以被挖掘来继续改善果实品质，例如让它们变得更大、更甜、更脆。
在过去的 20 到 30 年间，植物育种者已经将栽培西瓜与姊妹种 C.阿玛鲁斯 和另外两个野生近亲，C.粘豆属植物 和C。结肠炎 ，使西瓜对线虫害虫、干旱和枯萎病、白粉病等病害具有更强的抵抗力。
这些利用野生近缘种进行的改进让位于南卡罗来纳州查尔斯顿的美国农业部农业研究服务处美国蔬菜实验室的研究遗传学家和西瓜育种者 Amnon Levi 兴奋不已。 Levi 是该论文的合著者，并为研究中使用的许多西瓜提供了遗传物质。
“甜西瓜的遗传基础非常狭窄，”列维说。 “但野生物种之间存在广泛的遗传多样性，这使它们具有巨大的潜力，可以包含使它们能够耐受害虫和环境压力的基因。”
Levi 计划与 BTI 合作，发现其中一些可用于改善甜点西瓜的野生基因，尤其是抗病性。
“西瓜易受许多热带疾病和害虫的影响，预计其范围将随着气候变化而继续扩大，”Levi 说。 “我们想看看能否带回一些在驯化过程中丢失的野生抗病基因。”
其他合著者包括北京农林科学院和中国农业科学院的研究人员。
该研究部分得到了美国农业部国家粮食和农业研究所特种作物研究计划 (2015-51181-24285) 和美国国家科学基金会 (IOS-1339287 和 IOS-1539831) 的资助。
在同一期自然遗传学 ，费和同事还发表了一篇类似的论文，分析了 1,175 个甜瓜，包括哈密瓜和蜜瓜品种。研究人员发现了 208 个与果实质量、质量和形态特征相关的基因组区域，这些区域可能对甜瓜育种有用。这两篇论文也是该期刊的一篇社论和一篇新闻与观点文章的主题。
今年早些时候，Fei、Levi 及其同事发表了“Charleston Gray”西瓜的参考基因组，这是美国 C 的主要品种。兰花 补充东亚“97103”基因组。
