黃瓜、甜瓜、西瓜、冬瓜、南瓜、葫蘆等，都是葫蘆科植物。在百萬年為單位的演化歷程中，逐漸分化成了不同的物種，在經(jīng)過人類的馴化、選育，才成為了今天的模樣。
這些來自同一個祖先的植物，究竟經(jīng)歷了什么，才變成了如今形狀不同、口味不同，甚至用途也不同的作物呢？近日，國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然通訊》在線發(fā)表了冬瓜基因組和變異組研究成果，闡明了黃瓜、甜瓜、西瓜、葫蘆、冬瓜和南瓜等瓜類作物的基因組演化歷史，揭示了冬瓜等果實在馴化和育種改良過程中由小變大的分子機制。
葫蘆科共有的基因組加倍事件。受訪者供圖
瓜類作物基因組演化史
該研究首次繪制了冬瓜的基因組精細(xì)圖譜，并據(jù)此揭示了瓜類作物的基因演化歷史。
研究發(fā)現(xiàn)，冬瓜含有27000多個基因，重復(fù)序列的大量擴增導(dǎo)致基因組比其他瓜類作物大2至3倍。同時，通過比較，研究人員還發(fā)現(xiàn)，冬瓜是所有已知瓜類作物中保留祖先基因狀態(tài)最多的作物。許愿超介紹說，“在植物的演化中，會不斷出現(xiàn)染色體斷裂、融合的現(xiàn)象，并由此產(chǎn)生各種豐富多彩的新物種。然而，研究發(fā)現(xiàn)，冬瓜在演化中，染色體斷裂、融合的現(xiàn)象最少，所以它保留了最多祖先的染色體。”以冬瓜基因組為參考，通過比較基因組學(xué)的方法，推斷出所有瓜類作物起源于一個擁有15條染色體的祖先基因組。
冬瓜果實從小變大的原因
瓜類作物的果實發(fā)育都經(jīng)歷了由小變大的過程，“實際上，野生冬瓜果實非常小，長度小于10厘米，只有雞蛋大小。而大多數(shù)冬瓜品種果實巨大，長度可以達到1米，重量達到50斤左右。”論文第一作者，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所博士許愿超告訴新京報記者。該研究在冬瓜基因組精細(xì)圖譜的基礎(chǔ)上，又分析了146份冬瓜資源，構(gòu)建了全基因組遺傳變異圖譜，解釋了冬瓜由小變大的秘密。
研究發(fā)現(xiàn)，冬瓜起源于印度，果實變大經(jīng)歷了兩步進化過程，第一步是從野生種到地方種，地方種主要在云南西雙版納地區(qū)；第二步是從地方種到栽培種，更大更長，并且人類對冬瓜進行了人為選擇，栽培種分為有臘粉和無臘粉的兩種，后者就是常說的黑皮冬瓜。在馴化過程中有上千個基因發(fā)生了變化，其中兩個控制冬瓜果實大小的候選基因還在黃瓜、西紅柿等果實發(fā)育過程中起到重要作用。
葫蘆科植物中，西瓜、甜瓜等味道甜美，是鮮食的佳品，但冬瓜、南瓜等，卻要加工后才好吃？為什么會出現(xiàn)這樣的區(qū)別？
許愿超認(rèn)為，這可能和人類的選擇有關(guān)，“野生的葫蘆科植物，都是不能吃的，有的還特別苦。在人類馴化和培育的過程中，可能會偶然發(fā)現(xiàn)，某一個變得好吃了，就把它留下來，不斷培育，使它越來越好吃。還有一些可能不那么好吃，但加工后也能吃，也留下了下來，加以培育。所以，人類的需求不同、選擇不同，決定了它們的進化方向也不同”。
