責編 | 王一

蔬菜富含維生素、礦物質和膳食纖維，在膳食營養中發揮著舉足輕重的作用。在日常飲食中攝入充足蔬菜可以幫助降低某些慢性病的風險，如心臟病、癌症和阿爾茨海默症。據聯合國糧農組織統計，

2020年27種

主要蔬菜作物的全球總產量達

11。5億噸，

創造了巨大的經濟價值。然而，蔬菜作物的生物學研究和育種進展落後於水稻、小麥和玉米等主要糧食作物。近年來，蔬菜基因組學研究取得重要進展，蔬菜作物研究已經進入

“基因組學時代”，為加快

其生物學研究和育種提供了新的機遇。

近日，

SCIENCE CHINA Life Sciences

（SCLS）

線上發表了黃三文研究員領先完成的題為

Vegetable Biology and Breeding in the Genomics Era

的長篇綜述。

文章全面系統總結了近年來在蔬菜基因組學、起源與馴化、重要農藝性狀

（產量、品質、病蟲害抗性等）

和基因組設計育種等領域取得的重要進展，是目前最為系統詳盡的蔬菜基因組學和生物學研究綜述。該文對培育高產優質多抗蔬菜作物新品種具有重要的參考價值，為基因組學如何指導蔬菜生物學研究和育種指明瞭方向。

解碼參考基因組

自

2009

年全球第一個蔬菜作物

––黃瓜的基因組遺傳密碼被破譯，目前超過30

種蔬菜作物的基因組圖譜已公佈

（圖1）

。藉助最新測序技術的進步，部分蔬菜基因組還經歷了多輪質量升級。高質量參考基因組為蔬菜遺傳學、生物學研究奠定了重要基石，大大加速了農藝性狀基因的挖掘，也為蔬菜作物基因組的演化歷史提供新見解。

圖1 已測序蔬菜作物基因組系統發生關係

解讀馴化和農藝性狀的遺傳基礎

高質量參考基因組使得大規模群體基因組學研究成為可能。對黃瓜、甜瓜、西瓜、冬瓜、番茄、胡椒、白菜、甘藍、生菜、菠菜等蔬菜的現代栽培品種、地方農家種和野生種材料進行全基因組測序，構建了遺傳變異圖譜，揭示了蔬菜作物的種內遺傳多樣性和馴化歷史，鑑定出育種過程中受到人工選擇的基因組區域。結合數量遺傳學分析，進一步確定了與重要農藝性狀關聯的基因位點。整合基因組、轉錄組、代謝組以及蛋白組等多種組學技術，在黃瓜中挖掘出控制苦味物質合成、調控、轉運等過程的關鍵基因，提出了番茄風味改良的路線圖，並揭示了馴化和改良如何改變番茄果實代謝組。上述資訊為蔬菜分子遺傳學和育種提供了重要資料資源，顯著促進了重要農藝性狀基因的定位和功能解析。

基因組設計育種

在組學時代下，蔬菜作物基因組設計育種將如何開展？該綜述提出了

3

種策略：

1）透過分子標記輔助選擇

（MAS）

匯入自然變異產生的優良等位基因，如從紅果番茄到粉果番茄的選育；2）透過CRIPSR等體系對重要基因或調控元件進行定向編輯，如對番茄

CLV

3

基因啟動子區引入不同突變以精確調控果實大小；

3）透過同時編輯多個重要性狀基因從頭馴化野生蔬菜作物，保持其天然抗性的同時具有較高產量和品質

（圖2）

。

圖2 蔬菜基因組設計育種中的生物技術

最後，論文還對蔬菜基因組學和生物學研究領域存在的問題和挑戰進行了論述，並展望了未來研究的方向，指出藉助愈加豐富的組學資料，蔬菜生物學研究和分子育種必將有更大的飛躍。

中國農業科學院深圳農業基因組研究所、中國熱帶農業科學院

黃三文

研究員為論文通訊作者。基因組所博士生

李宏博

、青島農業大學

張忠華

教授、雲南師範大學

尚軼

教授、中國農業科學院蔬菜花卉研究所

楊學勇

研究員為論文作者。加州大學戴維斯分校

William J. Lucas

教授、青島農業大學

徐奎鵬

博士、西北農林科技大學

王深浩

副教授和中國農科院蔬菜花卉所博士生

張夢卓

、雲南師範大學

馬玲

副研究員在綜述的資料整理、圖表製備和論文寫作中提供了重要幫助和寶貴建議。

文章連結：

http://engine.scichina.com/doi/10.1007/s11427-022-2248-6

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