北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究院在山東濰坊峽山生態(tài)經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)種植有20畝大棚試驗(yàn)西瓜，一共30000多個(gè)西瓜，他們一個(gè)一個(gè)切開(kāi)調(diào)查,。

全部都要切開(kāi)調(diào)查,，有必要嗎,？

“當(dāng)然有,，只有研究透每一個(gè)西瓜的性狀,，才能真正了解自己的研究材料,?！氨本┐髮W(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究院研究員、

院長(zhǎng)

助理鄧云向《中國(guó)科學(xué)報(bào)》介紹道,。

和其他領(lǐng)域的科學(xué)家們皮膚不同,，鄧云更黑一些，這是常常鉆進(jìn)西瓜地里的結(jié)果,。正是與西瓜的日夜相伴,，讓北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究院在成立后的五年內(nèi)，成果不斷,。

近日,，他們又在《自然-遺傳學(xué)》上發(fā)表研究成果。該研究繪制了西瓜屬全部7個(gè)種的28份代表性材料的端粒（染色體最末端的一段DNA序列）到端粒（T2T）高質(zhì)量基因組圖譜，成功構(gòu)建首個(gè)屬級(jí)T2T水平超級(jí)泛基因組,。有了這份研究成果,，培育即好吃又抗病耐逆的西瓜品種不再是遙不可及。

7月23日,，好消息陸續(xù)傳來(lái)：該研究剛被《自然》遴選為“研究亮點(diǎn)”并展開(kāi)了進(jìn)一步報(bào)道,。

而對(duì)于一眾“皮膚黝黑”的育種家們來(lái)說(shuō)，“培育出能夠讓農(nóng)業(yè)增效,，讓農(nóng)民增收,，被老百姓夸口稱(chēng)贊的好品種”的目標(biāo)也越來(lái)越近。

鄧云在拍攝泛基因組西瓜材料照片

張興平在調(diào)查西瓜

“西瓜軍團(tuán)”的精準(zhǔn)目標(biāo)

炎炎夏日,，清涼甘甜的西瓜成為許多人的解暑良方,。目前，西瓜全球年產(chǎn)量接近1億噸,，享有“水果之王”的美譽(yù),。

中國(guó)作為種瓜和吃瓜的第一大國(guó)，生產(chǎn)和消費(fèi)了全球總量的60%以上,，也成為世界上西瓜種質(zhì)創(chuàng)新和品種選育最為活躍的國(guó)家,。西瓜產(chǎn)業(yè)在鄉(xiāng)村振興和農(nóng)民致富中發(fā)揮著重要作用。

然而,，即使我國(guó)已經(jīng)在品種種源方面實(shí)現(xiàn)了完全自主可控,，氣候變化與病蟲(chóng)危害，仍然不斷威脅著西瓜生產(chǎn),，許多年來(lái),，如何改良品種，提高抗病耐逆性成為世界育種家們面對(duì)的共同問(wèn)題,。

2019年,，北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究院正式啟動(dòng)。

隨后,，一群身懷“十八般武藝”的專(zhuān)家們匯集于此,，其中包括與西瓜打了一輩子交道，被業(yè)內(nèi)稱(chēng)為“世界瓜王”的研究員張興平,、在中國(guó)農(nóng)業(yè)

科學(xué)院

研究了十五年西瓜的鄧云,、負(fù)責(zé)農(nóng)業(yè)組學(xué)大數(shù)據(jù)平臺(tái)的研究員何航、負(fù)責(zé)單細(xì)胞組學(xué)和單分子分析平臺(tái)的研究員李博生等,。

在這兒,，他們與“水果之王”西瓜展開(kāi)了較量。

西瓜原產(chǎn)非洲,，當(dāng)前人們所吃到的口味甘甜的西瓜都是經(jīng)過(guò)馴化后的栽培西瓜,，含糖量已經(jīng)超過(guò)10%,，甚至更高，而野生西瓜含糖量只有2%左右,。

”栽培西瓜經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的馴化和品種改良后,，丟失了大量抗病耐逆基因?！班囋平榻B道,，“但是，野生西瓜生長(zhǎng)在自然惡劣環(huán)境中,，抗病耐逆性很強(qiáng),。”

因此,，從計(jì)劃啟動(dòng)之初,，團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)明確而堅(jiān)定，就是要將野生西瓜中的抗病耐逆優(yōu)良基因‘植入’到栽培西瓜中,。

這個(gè)目標(biāo)容易實(shí)現(xiàn)嗎,？

“2022年，我們團(tuán)隊(duì)發(fā)布了一個(gè)栽培西瓜的T2T基因組,，共注釋到了24205個(gè)基因，”鄧云笑說(shuō),。

而他們的目標(biāo),，就是要從如此龐大的基因庫(kù)中，在不損害栽培西瓜含糖量,、風(fēng)味等性狀的前提下,，只精準(zhǔn)將野生西瓜的抗病基因?qū)脒M(jìn)去。

蓋房先壘低地基,，育種先種西瓜,。深入進(jìn)西瓜田，才能全方位了解西瓜,。

海南省四月份,，大棚里氣溫接近四十度，他們同普通瓜農(nóng)一樣“泡“在棚里工作,。早上出去,，中午濕透著回去洗澡換衣服，下午同樣如此,，一天下來(lái),，汗珠不斷，換的兩身衣服也從沒(méi)有干過(guò),，晚上還得加班加點(diǎn)看文獻(xiàn)和分析數(shù)據(jù),。

鄧云說(shuō)：“生長(zhǎng)在地里的西瓜外觀什么樣,，抗病性如何，切開(kāi)以后裂不裂果,，果皮厚

不厚

,，含糖量如何，都是田間觀察的工作,，對(duì)自己的材料有充分的認(rèn)識(shí),，是必要的?！?/p>

和美國(guó)農(nóng)業(yè)部專(zhuān)家進(jìn)行視頻溝通

和國(guó)外測(cè)序公司視頻會(huì)議

比西瓜還要了解西瓜

西瓜要一口一口吃,，目標(biāo)也要一步步實(shí)現(xiàn)。

泛基因組是一個(gè)物種中所有個(gè)體基因組信息的總和,，構(gòu)建泛基因組可以有效解決單一參考基因組帶來(lái)的信息缺失和分析偏差,。而超級(jí)泛基因組則代表一個(gè)屬內(nèi)所有物種的基因組信息，尤其蘊(yùn)含了野生種中豐富的基因組變異,，是對(duì)泛基因組的進(jìn)一步擴(kuò)展,，在遠(yuǎn)緣雜交和基因發(fā)掘等方向具有重要應(yīng)用前景。

想要將野生西瓜中的抗病耐逆優(yōu)良基因?qū)氲皆耘辔鞴?，最好先得到野生西瓜的參考基因組,，然后再構(gòu)建包含所有野生種的西瓜屬超級(jí)泛基因組。

收集西瓜屬全部7個(gè)種的代表性材料成為團(tuán)隊(duì)首要解決的問(wèn)題,。

項(xiàng)目啟動(dòng)時(shí)團(tuán)隊(duì)已收集了五個(gè)種的材料,，并從中國(guó)農(nóng)

科院

國(guó)家種質(zhì)資源研究庫(kù)引進(jìn)第六個(gè)種。而最后一個(gè)種也就是諾典西瓜的獲取,，困擾團(tuán)隊(duì)許久,。

從國(guó)外引進(jìn)種質(zhì)資源程序復(fù)雜、審核嚴(yán)格,，團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)千難險(xiǎn)阻終于拿到了諾典西瓜的種子,，然而播種后一個(gè)月、兩個(gè)月都沒(méi)有一點(diǎn)發(fā)芽跡象,。團(tuán)隊(duì)想盡辦法,，用赤霉素處理、組培等等方法都進(jìn)行了嘗試,，最終均以失敗告終,。

“后來(lái)，張興平老師得知美國(guó)農(nóng)業(yè)部種質(zhì)資源中心有我們所需要這份材料,，而且有植株,，我們立刻聯(lián)系相關(guān)負(fù)責(zé)人以及美國(guó)測(cè)序公司，由美國(guó)農(nóng)業(yè)部種質(zhì)資源中心的合作伙伴取樣后送到測(cè)序公司,，公司進(jìn)行測(cè)序后再將結(jié)果反饋給國(guó)內(nèi),?！班囋苹貞洝?/p>

回顧如何解決,，鄧云解釋輕松,，兩三句話(huà)就將耗時(shí)一整年多的過(guò)程概括完成。

在他們看來(lái),，這只是實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的必經(jīng)歷程,，沒(méi)有難易點(diǎn)之分，只要完成即可,。被曬得黝黑的皮膚,，在大棚里濕透的衣服，都只是過(guò)程,。

“我以前皮膚是很白的,，“鄧云笑著說(shuō)道，”但是在地里做育種工作這么多年,，很難不曬黑,，我們團(tuán)隊(duì)其他育種家都和我膚色差不多?！?/p>

接受采訪前,，鄧云剛走出北大農(nóng)研院的育種大棚。

也正是對(duì)每份西瓜材料都了如指掌,，才能使他們?cè)诤笃谕陡?，面?duì)審稿人質(zhì)疑“材料不對(duì)“時(shí)，第一時(shí)間不是自我懷疑,，而是擺出證據(jù)。

他們花費(fèi)近一個(gè)月的時(shí)間,，仔細(xì)查找材料信息和審稿人的相關(guān)文章,，并與種質(zhì)資源庫(kù)負(fù)責(zé)人進(jìn)一步核實(shí)后，委婉回復(fù)了對(duì)方,。

“作為一個(gè)研究了西瓜四十多年的人,，張興平老師可以說(shuō)是全世界對(duì)西瓜最了解的人?！编囋菩χf(shuō),，“我們對(duì)材料是非常自信?！?/p>

鄧云（左）和張興平（右）在調(diào)查植株生長(zhǎng)情況

鄧云（左）和張興平（右）在調(diào)查瓜

張興平在調(diào)查西瓜,，發(fā)現(xiàn)好的組合

握緊接力棒向構(gòu)建西瓜屬超級(jí)泛基因組圖譜沖刺

構(gòu)建T2T水平超級(jí)泛基因組的過(guò)程，如同一場(chǎng)三棒接力賽,。第一棒是深入田間地頭,，種植材料,，不斷取樣，第二棒送樣測(cè)序,，第三棒則是數(shù)據(jù)分析,。

田間濕透衣服的第一棒完成后，就到了測(cè)序階段,。

應(yīng)用最先進(jìn)的HiFi,、HiC和、ONT等三代測(cè)序技術(shù),，雖然完成了基因組的初組裝,，但是仍然難以做到全部實(shí)現(xiàn)T2T和無(wú)缺口的組裝。

2021年底,，隨著李博生加入團(tuán)隊(duì),，利用自己研發(fā)的選擇性測(cè)序方法和超長(zhǎng)測(cè)序技術(shù)填補(bǔ)了基因組的存在和端粒，全部基因組均實(shí)現(xiàn)了T2T和無(wú)缺口的組裝,。

繼李博生完成測(cè)序工作后,，何航帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)夜以繼日完成最后沖刺，常常做數(shù)據(jù)分析做到半夜兩三點(diǎn),。

每?jī)芍荛_(kāi)一次組會(huì),，討論進(jìn)展、分析結(jié)果,、分享新的發(fā)現(xiàn),，是接力賽順利完成交接棒的原因。

“頂層設(shè)計(jì),、嚴(yán)格把握細(xì)節(jié),、溝通分析進(jìn)度，團(tuán)隊(duì)每個(gè)人都在張興平老師的帶領(lǐng)與激勵(lì)下,，埋頭苦干,，朝目標(biāo)持之以恒的邁進(jìn)?！编囋普f(shuō),。

終于，他們的研究成果發(fā)表在了《自然-遺傳學(xué)》,，實(shí)現(xiàn)了西瓜科研領(lǐng)域的重大突破,。他們構(gòu)建了西瓜屬T2T超級(jí)泛基因組，這也是世界首次最全面的西瓜屬基因組序列圖譜和變異圖譜,。

中國(guó)科學(xué)院

院士

黃三文評(píng)價(jià)道：“首個(gè)T2T水平的西瓜屬超級(jí)泛基因組是令人興奮的研究成果,，這項(xiàng)研究為優(yōu)良抗性基因的發(fā)掘和研究奠定了基礎(chǔ)，為更好利用野生資源改良育種指明了方向,?！?/p>

這一次,，他們向最終目標(biāo)邁進(jìn)了一大步。

論文一經(jīng)發(fā)出,，國(guó)際葫蘆科作物大會(huì)終身成就獎(jiǎng)獲得者,、美國(guó)農(nóng)業(yè)部蔬菜實(shí)驗(yàn)室瓜類(lèi)遺傳資深研究員Amnon Levi亦給予高度評(píng)價(jià)道——“ 這是西瓜上至今一項(xiàng)不可思議、最詳細(xì)和最完美的研究,！”

“該項(xiàng)研究為西瓜精準(zhǔn)分子設(shè)計(jì)育種提供了最高質(zhì)量最全面的參考基因組,，有助于更加快速準(zhǔn)確的挖掘功能基因和開(kāi)發(fā)育種技術(shù)?！编囋瞥练€(wěn)表示,，“雖然最終目標(biāo)還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)，但我們從來(lái)沒(méi)有動(dòng)搖過(guò),?！?/p>

被問(wèn)及有何感想時(shí)，他真誠(chéng)地說(shuō)道,，“研究院提供的經(jīng)費(fèi)和支持,，是讓我們安心投入科研工作的最重要原因，我們都相信,，只要做自己想做的,，一切結(jié)果一定是水到渠成?！?/p>

鄧云他們?nèi)缤N子,，被匯聚并扎根在北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究院的沃土中，始終懷著“讓農(nóng)業(yè)增效,、讓瓜民增收“的愿景,，日復(fù)一日的吸收雨露，竭力讓更廣片的土壤乘到他們?yōu)⑾碌年帥觥?/p>