Udforsker en gammel begivenhed i græskar, centnergraeskar og melon udvikling

Næste gang du bider i det perfekte, sød og saftig vandmelon, du vil måske forstå, at det er et produkt af millioner af års evolution undervejs.

Faktisk, den unikke smag og de særlige egenskaber ved plantefamilien, der inkluderer græskar, græskar og vandmeloner, kan skylde sig en gammel begivenhed.

De lækre frugter af denne familie, kendt som Cucurbitaceae planter, er af betydelige biologiske, økonomisk, og landbrugets betydning, med næsten 1, 000 arter og den fjerde mest rentable kontantafgrøde.

For nylig, videnskabsmænd har gjort store fremskridt i bedre forståelse af genomerne sekventeret af agurk, vandmelon, og meloner.

Med disse projekter afsluttet, et forskerhold ledet af Xiyin Wang, professor ved North China University of Science and Technology, har udført den første store komparative genomiske udforskning af deres genomstrukturer og evolution.

Efter at have rekonstrueret evolutionære træer og omfattende sammenligninger af almindelige gener mellem Cucurbitaceae-planter, uventet, forskerholdet har fundet det første bevis på en ældgammel helgenomduplikeringsbegivenhed. Denne agurk-almindelige fordobling af kromosomer (tetraploidisering) fandt sted efter en blomstrende plante (eudicot) tredobling (hexaploidi) for omkring 107-118 millioner år siden (Mya), som ramte alle Cucurbitaceae og kerne eudicotplanter.

"Disse gentagne genomduplikeringsbegivenheder foreslås som svar på den hurtige divergens og succes for frø og blomstrende planter på denne planet, " sagde Wang, den tilsvarende forfatter til undersøgelsen. "Dette kan være en nøglefaktor for, hvorfor planter har genomer, der er meget mere komplekse end dyrs. Faktisk, dette kan være et resultat af naturlig udvælgelse, at planter skal tåle barske miljøfaktorer i en niche uden læ. Derfor, at være tilpasset et foranderligt miljø, de skal udvikle relativt hurtige funktionelle innovationer inden for deres genomer."

"Polyploidiseringer som dem, vi har vist i vores undersøgelse, producerer ofte tusindvis af duplikerede gener, og talrige kromosomale omlejringer, selv hel-genom-genmønster, og efterfølgende DNA-mutationer, som alle giver enorme genomiske muligheder for at række funktionelle innovationer. Dette besvarer endda Charles Darwins 'afskyelige mysterium' - blomstrende planters oprindelse og hurtige divergens på kun flere millioner år."

Ud over, ved at bruge druer som en afvigende gruppe til deres sammenlignende undersøgelse (som afveg tidligere), de estimerede også store evolutionære divergenstider. De vurderer, at agurkeplanter splittes fra drue ~121-145 Mya, vandmelon splittet fra agurk og melon ~25-29 Mya, og melon og agurk split ~14-16 Mya.

Identifikationen af ​​kromosomfordoblingen tjente til at lægge grundlaget for udvidelsen af ​​nøglefunktionelle genfamilier, der giver hver deres unikke egenskaber, især for nye genfunktioner, regulering af stofskiftet, bitterhed, og sygdomsresistens. I de sekventerede genomer sammenlignende analyse, agurker viste sig at have flest resistensgener (804), som varierede fra 37-666 eksemplarer i forskellige familier. Disse genomiske hændelser omfatter mekanismer som gentab, kromosomomlejringer, og funktionel divergens i denne vigtige botaniske familie.

De var også i stand til at måle udviklingshastigheden blandt forskellige agurkeplanter og fandt ud af, at meloner udvikler sig langsomst, med vandmelon og agurk hurtigere med 23,6% og 27,4%, henholdsvis.

Deres analyse opstillede en guldstandard, som vil bidrage til at dechifrere nyligt sekventerede komplekse genomer, især, af planter.

Holdets forskning vil også tjene til at understøtte fremtidige undersøgelser i Cucurbitaceae-forskningssamfundet, f.eks., sygdoms- og skadedyrsresistens i landbruget, og videre.