根系是植物從自然界獲取水分和營養元素的主要器官，也是應對土壤干旱和養分逆境的第一道防線。強健根系（主根更長，側根更多）可以顯著提高植物在亞適宜條件下的水分和養分的吸收和利用，從而提升作物的存活率和生產性能。一直以來，關于作物強健根系功能基因挖掘一直是抗逆高產分子遺傳育種領域的研究熱點。在淺根系的水稻研究中已發現了多個與根生物量、根長、根數、根生長角度等性狀相關的數量性狀位點（QTL）。然而，根系發育的高適應性和可塑性使得關于根系結構變異的遺傳研究變得復雜，導致這些已發現報道的QTL對根系表型的貢獻率并不高，這也是難以精細定位調控根系發育主效基因的重要原因之一。   　　栽培西瓜經濟產量高、其全生育期的需水量巨大，根系吸收養分的能力與產量密切相關。選育具有強健根系的西瓜品種可以為西瓜穩產高產提供有力保障。前期對根系表型研究中發現栽培西瓜種內的根系性狀雖然存在變異，但是栽培種內差異不大。猜測栽培西瓜可能在馴化和改良過程中，由于對品質性狀的強烈選擇，丟失了祖先種的強健根系發育相關等位基因。通過系統比較西瓜種質資源的根系表型發現栽培西瓜亞種（Citrullus lanatus）的根系最為孱弱；而與其親緣關系最近的野生種--飼用西瓜（Citrullus amarus）亞種具有最為強健的根系結構。   　　該研究利用強根系的野生飼用西瓜和弱根系的栽培西瓜構建遺傳群體，結合高通量測序技術與單株染色體片段來源分析手段逐步縮小候選區間，最終鎖定的幾個候選基因中包含了一個乙烯合成關鍵基因ACS7。鑒于乙烯是植物根系賴以感受并適應不同土壤質地環境的重要信號分子，利用化學遺傳研究證明了ACS7基因是導致栽培西瓜根系比之飼用西瓜孱弱的原因。   　　進一步利用ACS7基因研發的分子標記物對200多份西瓜種質資源進行分型分析，只在少數野生西瓜種質資源中發現強健型ACS7等位基因，所有栽培西瓜中都只包含一種短根型等位基因。這一發現佐證了前期關于“栽培西瓜可能在馴化和改良過程中丟失了祖先種的強健根系發育相關等位基因”的猜測。為了進一步驗證這一猜測，該研究對已公布的414份西瓜重測序數據進行ACS7等位基因的群體分布分析，在所有栽培西瓜中只找到了短根型ACS7等位基因，而飼用西瓜群體中同時找到了長根型和短根型等位基因，發現所有包含長根型等位基因的飼用西瓜的根系長度，顯著高于那些具有短根型等位基因的飼用西瓜。這些研究表明在野生西瓜種質中存在更多的ACS7基因變異，而栽培西瓜在馴化過程中由于人工栽培環境的改變而逐漸丟失了強健型等位基因。   　　該研究成功地從栽培西瓜祖先種--飼用西瓜中找回遺失的“強根”基因，挖掘到了控制強健根系的關鍵基因，為高產抗逆西瓜品種分子設計育種提供了重要的靶標基因。   　　近日，該項成果發表在國際知名的理論與應用遺傳學學術期刊Theoretical & Applied Genetics ,農業與生物技術學院博士生Ahmed Mahmoud為第一作者，胡仲遠副教授與張明方教授為論文的共同通訊作者。本項目受國家西甜瓜產業技術體系、國家自然科學基金等項目支持。   　　原文鏈接：https://doi.org/10.1007/s00122-022-04173-1