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Hortic Res | 广东省农业科学院蔬菜研究所联合华中农业大学组装高质量中国南瓜T2T基因组并揭示调控果实重要性状的遗传基础

  • 2026-10-25 12:14:58
Hortic Res | 广东省农业科学院蔬菜研究所联合华中农业大学组装高质量中国南瓜T2T基因组并揭示调控果实重要性状的遗传基础
IHRC2026 | 第十三届国际园艺研究大会一轮通知

中国南瓜(Cucurbita moschata)作为全球广泛栽培的重要蔬菜作物,具有极高的营养价值、优异的抗逆性以及极长的货架期,在保障食品和营养安全方面发挥着重要作用。南瓜的果实性状(如形状、大小、果肉厚度等)具有极其丰富的表型多样性。然而,高质量参考基因组的缺乏限制了南瓜果实性状的遗传解析及分子育种。

2026年第6期,Horticulture Research上线了(Advance Access)广东省农业科学院蔬菜研究所联合华中农业大学题为 Telomere-to-Telomere Genome Assembly of Pumpkin (Cucurbita moschata) Facilitates QTL Identification of Fruit Traits 的研究论文。该研究成功组装了端粒到端粒(T2T)的中国南瓜基因组,并结合高密度遗传连锁图谱,解析了南瓜果实核心性状的遗传基础。

该研究以综合性状优良的中国南瓜自交系YGX2019为材料,利用 PacBio HiFi、ONT ultra-long、Illumina 及 Hi-C 测序技术,组装了一个大小为289.6 Mb、Contig N50 达11.2 Mb的T2T级别基因组。该基因组包含20条染色体上的40个端粒,其中13 条染色体由单一Contig构成。相比于早期基于二代测序技术的参考基因组,新组装极大地提升了基因组的连续性与完整性,成功解析了42.6 Mb的新增序列,其中91.96%的序列是以转座子为主的重复序列。

图1 基因组质量评价
在进化与比较基因组学方面,研究团队计算了同义突变率(Ks),证实了南瓜属的共同祖先在与冬瓜族(Benincaseae)分化后(约 26.34 Mya),经历了一次南瓜属特有的全基因组复制(WGD)事件(Ks ≈ 0.35)。基因家族富集分析表明,此次 WGD 事件导致了南瓜中与果胶酶活性、细胞壁重塑以及花粉管生长相关基因家族的大量扩增。这一结果可能为南瓜属大型肉质果实的发育以及生殖隔离的建立提供了遗传物质基础。
为进一步探究南瓜果实性状的遗传调控基础,研究人员利用品质成分、果形差异显著的两个自交系 Q2304(扁圆/灯笼形,品质成分含量高)和 Q2305(长圆/橄榄形,品质成分含量低)构建了遗传群体。通过全基因组重测序,构建了一张包含7,213个bin标记的高密度遗传图谱(总长2,538.27 cM)。基于该图谱,研究对果形、糖/淀粉含量和果胶/纤维等20个核心果实性状进行QTL定位,共鉴定出165个QTLs。
针对控制果实横纵径比(TDLD)和纵向果肉厚度(LFT)的两个主效 QTLs(PVE 分别达到31.44%和20.60%),开发了与性状紧密连锁的分子标记。结合转录组、qRT-PCR及自然群体验证,对上述性状进行候选基因分析,鉴定出编码 β-微管蛋白的 Mos_14HG000790 为调控果实横纵径比的候选基因,以及编码 AUX/IAA 蛋白的 Mos_12HG001420 为调控纵向果肉厚度的候选基因。序列比对发现,这两个基因的启动子区域在亲本间存在多个InDels 和SNPs变异。这些顺式调控元件的变异可能通过调控相应基因的转录丰度,进而决定果实的形态特征。
图2 果实横纵径比(TDLD)和纵向果肉厚度(LFT)的QTL定位
综上所述,该研究不仅发布了高质量的中国南瓜参考基因组,解析了基因组结构演化特征,同时系统地挖掘了调控果实重要农艺性状的候选基因。这些发现极大地丰富了人们对南瓜果实发育遗传调控的认识,为未来南瓜果实性状改良相关分子标记辅助选择和靶向基因组编辑育种提供了坚实的理论基础和基因资源。
广东省农业科学院蔬菜研究所联培硕士研究生路祎明、刘佳颖及邓丽婷博士为该论文的共同第一作者,广东省农业科学院蔬菜研究所李俊星研究员与华中农业大学孔秋生教授为论文共同通讯作者。该研究工作得到了科技创新战略(农业科研主力军建设)项目、广东省农业农村厅项目、广东省农业科学院现代种业创新能力提升工程及高水平农科院建设专项资助等多个项目的资助。

文章链接:

https://doi.org/10.1093/hr/uhag141

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About Horticulture Research

《园艺研究(英文)》(Horticulture Research)是由南京农业大学主办的学术期刊,主要刊载园艺作物的基础和理论研究,包括遗传学、育种、组学和演化、园艺作物的起源及驯化、生物技术、生物化学、生理学和细胞与分子生物学,环境互作生物学等。科睿唯安JCR2024影响因子:8.5,位于园艺一区(第1/45名),植物科学一区(第10/273名),遗传学一区(第11/191名)。2026年新锐分区:位于园艺小类一区,植物科学小类一区,遗传学小类一区,农林科学大类一区(Top期刊)。2019年入选中国科技期刊卓越行动计划一期领军期刊,2024年入选中国科技期刊卓越行动计划二期英文领军期刊、2025年入选江苏科技期刊卓越行动计划领军期刊。

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编辑排版:王平、周涛(实习)

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