近日，南京农业大学园艺学院陈劲枫教授团队在国际知名杂志《ThePlant Journal》上在线发表了题为“Reconstruction of ancestral karyotype illuminates chromosome evolution in the genus Cucumis” 的研究论文，该研究利用本实验室开发的高度可定制化的oligo-painting技术，构建了一个包含甜瓜属祖先核型的进化框架，并重建了这些物种起源的进化轨迹和机制，回答了七条黄瓜染色体如何从十二条祖先染色体演化的这一科学问题，增进了对染色体的进化可塑性的认识。同时，该研究为其他植物进行染色体进化的相关研究建立一个典型应用案例。
由复杂的染色体重排驱动的核型动态构成了进化遗传学的一个基本问题。比较基因组学可以建立一个基于系统发育学的进化框架，从而重建形成当今植物核型的进化事件。这个进化框架无疑可以成为揭开物种起源和驯化之谜的关键。然而，物种进化事件的重建一直是一项具有挑战性的工作，特别是在植物王国中。模式物种和作物的基因组测序项目的快速增加，引发了人们对进化事件本质的强烈兴趣。然而，许多物种的基因组资源有限，特别是非模型植物， 使得重建这一框架更具挑战性。
甜瓜属（Cucumis）属于葫芦科（Cucurbitaceae），包含约66 物种，包括在全球范围内广泛分布的重要经济作物，黄瓜（C. sativus，2n = 2x = 14）和甜瓜（C. melo，2n = 2x = 24）。尽管这些物种和人类之间存在着长达千年的关联，但这些物种和野生近缘物种之间的起源关系和进化事件仍然不清楚，构建一个基于系统发育学的进化框架可以阐明这个问题，将为祖先如何演化成现存的甜瓜属物种提供新的见解。
本研究在实验室已发表的oligo-painting 技术基础上（Plant Journal，doi: 10.1111/tpj.14600），使用高度可定制化的比较oligo-painting（comparative oligo-painting，COP），可视化了代表性甜瓜属物种的精细基因组结构，构建了一个包含祖先核型进化框架，从而阐明了这些物种核型起源的的进化事件，并证明了甜瓜属祖先核型（n = 12）通过频繁的杂交和系谱/物种特异性基因组重组而演化为现存的甜瓜属物种基因组。研究结果表明，甜瓜属核型的分区进化可塑性的主要位于近着丝粒区域，这些区域由于其脆弱性而在染色体进化中扮演重要作用。同时，对于黄瓜和甜瓜染色体的起源-进化提供了新的认识。
本研究工作以南京农业大学为第一单位。南京农业大学园艺学院陈劲枫教授和娄群峰教授为该论文的通讯作者，南京农业大学园艺学院博士生赵勤政为论文第一作者，博士研究生王盼乔和秦晓东、青年教师程春燕和虞夏清，李季副教授等参与了该研究。本研究得到了国家重点研发计划（2018YFD1000804）、国家自然科学基金（31430075）、江苏省重大品种创制（PZCZ201719）和江苏高校优势学科建设工程资助项目的资助。
全文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.15381
日期：2021-07-01
