該研究構(gòu)建兩個(gè)表型差異的菜用型和果用型兩性株栽培品種的高質(zhì)量基因組及其單倍型分型的性別決定區(qū)（SDRs），破譯了番木瓜果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)性狀逐步選擇及其兩性株性狀獨(dú)特起源的遺傳基礎(chǔ)。百邁客生物為該研究提供了基因組、群體、轉(zhuǎn)錄組測(cè)序及部分分析服務(wù)！

研究背景

番木瓜（Carica?papaya）是中國(guó)和世界熱帶地區(qū)最重要的熱帶水果之一，被世界衛(wèi)生組織列為最有營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的十大水果之首，同時(shí)也是研究熱帶樹木和水果果實(shí)性狀及性別決定遺傳與基因組學(xué)的理想模型系統(tǒng)。然而，番木瓜關(guān)鍵果實(shí)馴化性狀的形成及商業(yè)上至關(guān)重要的兩性株現(xiàn)象的基因組基礎(chǔ)仍知之甚少。

研究?jī)?nèi)容

團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)十年努力，搜集了來(lái)自全球4大州20多個(gè)國(guó)家地區(qū)的340多份番木瓜種質(zhì)資源，開展核心種質(zhì)鑒定和育種技術(shù)攻關(guān)，保存了超過(guò)300份番木瓜核心種質(zhì)并建立了成熟高效的遺傳轉(zhuǎn)化技術(shù)體系。團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)野生型、菜用普通型和鮮食水果型番木瓜的群體基因組分析，闡明了其馴化歷史和地理傳播模式。

基于全重實(shí)驗(yàn)室熱帶生物組學(xué)大數(shù)據(jù)中心的全基因組選擇和分子設(shè)計(jì)育種技術(shù)體系，鑒定出了42個(gè)與果實(shí)大小、甜度和維生素C含量等關(guān)鍵育種性狀顯著相關(guān)的分子標(biāo)記。

整合正向遺傳學(xué)和基因編輯等功能實(shí)驗(yàn)證據(jù)鑒定了控制番木瓜果實(shí)大小、甜度和維生素C含量的關(guān)鍵選擇基因，揭示了馴化和改良過(guò)程中針對(duì)CpPUP11和CpICMT的分步式選擇重塑果實(shí)大小，以及針對(duì)CpMAPK1、CpCOX、CpCIN和CpUBE3的人工選擇提升果實(shí)甜度和維生素C含量的遺傳基礎(chǔ)（圖1和圖2）。

同時(shí)，研究者發(fā)現(xiàn)從野生雄株到栽培兩性株性別轉(zhuǎn)換的兩次獨(dú)立事件（MSY1-HSY1和MSY3-HSY3），形成了兩個(gè)獨(dú)特的兩性株特異性Yh品系（HSY1和HSY3），揭示了一條獨(dú)特的雄性偏向的兩性株進(jìn)化路徑。

這種性別轉(zhuǎn)換是由針對(duì)雄性偏好基因的選擇驅(qū)動(dòng)的，并在Yh連鎖區(qū)域中定位了一個(gè)與性別轉(zhuǎn)換密切相關(guān)13?bp串聯(lián)重復(fù)結(jié)構(gòu)變異（HSY3-TR-13bp）。該兩性株特異性變異位于雄性偏好基因CpPGLP1A中，且被HSY3群體選擇固定（圖3）。

圖1. CpPUP11決定番木瓜果實(shí)寬度

圖2.?CpCIN啟動(dòng)子變異調(diào)控番木瓜果實(shí)果糖含量

圖3.?兩性株性別的多系起源及雄性偏向基因?qū)尚灾晷詣e馴化的貢獻(xiàn)

研究總結(jié)

該研究系統(tǒng)揭示了番木瓜馴化的基因組基礎(chǔ)，描繪了分步選擇重塑果實(shí)性狀的演化軌跡，以及雄性偏好選擇驅(qū)動(dòng)新型兩性性別系統(tǒng)產(chǎn)生的遺傳基礎(chǔ)，為重要熱帶作物的馴化性狀演化與性別決定機(jī)制提供了新的認(rèn)見解，促進(jìn)了番木瓜從組培擴(kuò)繁到全兩性株種子苗繁育方式的轉(zhuǎn)變。

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