米兰官网-从“黑匣子”到“导航图”：西瓜基因组“三级跳”的创新闭环—新闻—科学网

“回首已往3个7年，并未感应漫长，反而觉得时间过患上太快。”5月5日，北京市农林科学院研究员许勇团队结合美国康奈尔年夜学传授费章君团队于《天然—遗传》发表了西瓜泛基因组研究结果。3个7年，3篇发表在《天然—遗传学》的论文，他们完成为了“三级跳”。

从2012年率先绘制西瓜全基因组参考图谱，到2019年构建西瓜变异组图谱，再到2026年最新发表的群体程度超等泛基因组研究结果，他们用三篇高程度论文，体系展现了西瓜进化的基因组秘密，为西瓜份子育种及精准设计提供了体系性解决方案，为份子育种奠基了坚实的理论基础。

论文通信作者许勇告诉《中国科学报》，这项研究的最年夜价值，不是发了顶刊，也不是拿了专利，更不是推广了几多亩面积——而是体系地经由过程“可验证的科学发明”，创造出“可转化的技能东西”，终极兑现为“财产前进及平易近生改善”的完备立异闭环。

从零起步的蓝图：超过二十年的科学接力

1994年，许勇于北京市农林科学院蔬菜研究中央最先自力组建西瓜遗传育种团队。彼时，海内西瓜育种重要依赖传统经验，份子育种技能几为空缺。“基因组是一个物种的遗传暗码，破译了它，就象征着打开了这一物种生命勾当的‘黑匣子’！”许勇回忆道。然而，于21世纪初，完成西瓜全基因组测序，对于其时技能及经费都匮乏的海内团队而言，险些是天方夜谭。

起色呈现于国际互助与技能前进中。2002年，许勇赴美访学，结识了国际偕行，并最先为基因组研究做技能贮备。2005年，他作为中国代表介入了国际葫芦科基因组规划的操持。但真正着手西瓜全基因组测序研究，是2008年于偕行的鼓动下，许勇团队于没有国度级项目撑持、缺少经费及生物信息阐发人材的“三无”困境下，毅然启动了西瓜基因组测序事情。

最初张罗来的几百万元启动经费，来自先正达、瑞克斯旺等国际种业巨头，这既是财产界对于基因组信息的渴求，也是对于团队潜力的承认。研究后期，他们又依附实力获得了“十二五”科技部基因组专项撑持。

“最年夜的挑战，是缺少生信技能阐发人材。”许勇坦言。测序历程一波三折，曾经遭受样品污染被迫重测的困境。要害时刻，费章君团队的加盟，填补了生信阐发的短板。经由过程与费章君团队互助，他们造就了一批生信技能阐发人材，为后续开展功效基因组、份子辅助育种以和基因编纂技能研究奠基了优良人材与数据基础。

终极，2012年，全世界首个西瓜基因组参考图谱乐成绘制并登上《天然—遗传学》，这“第一跳”解决了“西瓜基因组是甚么”的底子问题，初次完成为了最具代表性的20个西瓜质料的重测序，也确立了中国于该范畴的领先职位地方。

但这仅仅是最先。许勇说，这是一个“有计划有方针推进的历程”。于第二个7年中，中国农科院启动了西瓜与甜瓜重测序项目，两个研究团队磋商决议互助整合数据。2019年西瓜与甜瓜基因组重测序的2篇研究论文于《天然—遗传》同期发表，期刊还有同时发表了《甜美测序》的评述文章。

“第二跳”完成为了对于全世界414份栽培及野生西瓜种质举行重测序，构建了变异组图谱，旨于回覆“差别西瓜之间基因组位点有何差异”的问题，为挖掘要害性状基因奠基基础。

彼时，测序技能不停完美，端粒到端粒（T2T）全基因组装解析西瓜布局变异显患上十分主要，时期有多家试验室也发表了西瓜T2T基因组。“其时咱们下一个方针，就是越发周全地将西瓜属全数种以和有广泛代表性栽培西瓜品种的布局变异一扫而空。”许勇说，本年发表的论文构建了西瓜超等泛基因组，就是指望挖掘西瓜全基因组所有遗传变异，以提高份子育种的高效精准度。

研究重心的改变，清楚勾画出从基础认知到运用赋能的路径。然而，从解析一个基因组到阐发成百上千个基因组的差异，坚苦相继所致。最年夜的挑战来自在田间。“想要正确判定近千份天然群体质料的农艺性状，尤其是西瓜的多个品质性状，会因为西瓜质料的遗传配景差异年夜、采收时间的迟早而直接影响鉴定正确度。”论文第一作者、北京市农林科学院研究员张洁注释道。为此，团队用时三年，于北京海淀、延庆及海南三亚三地同步开展表型精准鉴定，为后续基因定位提供了坚实的数据基石。

破解暗码与“不测”收成

“咱们穷尽了西瓜属全世界已经有的全数野生种的40份基因型。”费章君说，西瓜属今朝共有7个种，包括6个野生近缘种与1个栽培种，栽培种中又包括2个亚种。

团队对于西瓜属全数7个种的135份代表性种质举行了高质量基因组组装，并联合已经发表数据，构建了包罗138个基因组及914份重测序数据的超等泛基因组，初次近乎完备地绘制了西瓜属的遗传变异全景图。

这项重大工程的首要结果，是破解了困扰学界多年的栽培西瓜发源之谜。此前，关在栽培西瓜的野生直接先人存于差别的假说。

2021年，费章君团队及德国闻名植物分类学家Susanne S. Renner传授提出，Kordofan是西瓜直接先人。2024年发表的西瓜泛基因组研究中测序了1个Kordofan西瓜，发明其不克不及笼罩栽培西瓜的所有变异，在是人们又提出“多先人”假说。

“此次咱们扩展Kordofan西瓜样本后发明，其变种彻底笼罩了栽培西瓜的基因组变异，其实不来自其他物种，不撑持‘多先人’假定。”论文配合第一作者、康奈尔年夜学博士生孙宏贺说，Kordofan西瓜与栽培西瓜于约莫4900年前分解，与考古驯化时间彻底吻合；而另外一个西瓜的候选直接先人早于12万年前就已经分解，时间对于不上，进一步验证解除了其作为直接先人的假说。

费章君说，这一研究明确了西瓜驯化单一路源在苏丹西部的科尔多凡（Kordofan）地域和达尔富尔（Darfur）一带。“进一步于该地域网络、评价西瓜最直接先人的资源质料，将有可能挖掘出一批有价值良好基因育种资源。”他说。

除了了厘清汗青，超等泛基因组更像一座“基因金矿”，让很多已往“遗掉”于野生种中的名贵基因重见天日。他们于野生种中鉴定出34个新的抗病基因，为西瓜抗病育种提供了全新的抗性“兵器库”。

更让团队高兴的，是一个关在西瓜瓤色深浅的“漂亮不测”。

西瓜瓤色，从淡红到年夜红，深浅纷歧，其调控机制曾经是谜团。“于阐明西瓜肉质差别颜色的份子机制之后，咱们发明育种中，要想用肉眼分辩统一颜色的深浅很是坚苦，且深受情况影响。消费者青睐艳丽颜色，财产也有需求。”张洁说。于还没有完成泛基因组测序以前，他们就专门设立了研究瓤色深浅的课题。

意想不到的是，经由过程泛基因组研究，他们发明差别瓤色深浅的品种中存于西瓜瓤色深浅节制基因的1~4个拷贝的串联反复。“跟着拷贝数的增长，基因表达量提高，瓤色也随之加深。”孙宏贺说。这个发明完善注释了瓤色深浅的持续变异。

“没有超等泛基因组信息，是不成能得到云云完备的拷贝数变异图谱的。”许勇夸大。更惹人寻思的是群体遗传阐发成果：多拷贝等位基因于驯化历程中频率显著增长，于现代品种中占比过半，且3拷贝比2拷贝更遍及。“这清楚反应了人类于育种历程中对于深瓤色的连续选择及偏好。”许勇说。

这个发明不仅有趣，并且马上转化为“可转化的技能东西”。团队已经使用此变异开发份子标志，并乐成培育出一批瓤色深红且不变的新品种，解决了初春低温致使瓤色浅的财产痛点。

闭环立异：当科学发明照亮田间地头

甚么是“完备的立异闭环”？许勇说，发好论文是提高人类对于天然的认知能力，得到专利与挂号掩护品种将这类认知酿成可以运用的技能，再经由过程技能创制出可以帮忙瓜农增收与满意人平易近对于夸姣糊口神驰的西瓜品种，这才终极表现基础研究的价值。

“但许多基础研究的价值，再刚最先研究时往往其实不清晰其真实的实用价值，需要时间不停沉淀与技能不停更新。能完成从基础研究——技能立异——品种创制全链条，其自己就代表将来农业高新技能立异的新范式——科技立异与财产立异交融成长。”许勇团队3个7年的对峙，动力正来自在这个不停运转的“闭环”。

团队从一最先就将财产需求作为立异任务。于2012年第一篇基因组论文还没有发表时，他们就已经最先征采与品质、抗病相干的要害基因位点，并敏锐地意想到，将理论转化为技能的要害“卡点”于在高通量基因分型平台。在是，他们率先引进了进步前辈的基因分型装备，并派人赴海外进修，快速建成为了高效运行的份子育种试验室，确保了基础研究的结果能无缝对于接到育种实践。

张洁对于此深有领会：“咱们对准西瓜冬春天于东南亚年夜面积莳植，急需优质、抗病、耐贮运品种的财产难题，经由过程远景与配景选择技能联合，仅用3年就快速选育出高糖、脆硬、抗病的质料，培育出‘京美10K’系列品种。”该品种已经成为简约化出产的标杆及东南亚冬日出产的主栽品种。

从发明一个基因，到开发一个标志，再到培育一个品种，这条路径于团队中已经高效运转。例如，经由过程解析瓤色基因，他们使用标志辅助选择育成为了富含β-胡萝卜素的“皮蛋”系列西瓜，引领高端消费市场。借鉴西瓜乐成经验，他们又将份子育种系统拓展到甜瓜，培育出顺应华南冬日出产的“都蜜5号”哈密瓜，成为“东移南进”技能的范例品种。

据统计，基在这一系列基因组研究结果开发的份子育种技能，显著提高了育种效率，选择正确率跨越95%，育种周期由9代缩短至6代。团队培育的“京欣”、“京美”、“都蜜”系列品种累计推广跨越3233万亩，科技支撑我国西甜瓜品种国产率跨越98%。

谈和怎样均衡前沿摸索与财产运用，费章君暗示：“互助始在配合的方针。咱们康奈尔团队擅长计较生物学及基因组学阐发，许勇团队对于西瓜生物学及财产需求有深刻理解。这类互补让咱们能从最前沿的技能出发，解决最现实的问题。”

“此刻年青一代正处在生物技能、信息技能与人工智能年夜爆炸的新时代，之前不敢想象的运用场景都将有可能实现！”许勇说。

相干论文信息：https://doi.org/10.1038/s41588-026-02598-8