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)濟開發(fā)區(qū)種植有20畝大棚試驗西瓜,，一共30000多個西瓜，他們一個一個切開調(diào)查,。

全部都要切開調(diào)查,，有必要嗎？

“當(dāng)然有,，只有研究透每一個西瓜的性狀,，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

助理鄧云向《中國科學(xué)報》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)建首個屬級T2T水平超級泛基因組,。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：該研究剛被《自然》遴選為“研究亮點”并展開了進一步報道,。

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

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”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,。

中國作為種瓜和吃瓜的第一大國，生產(chǎn)和消費了全球總量的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,，即使我國已經(jīng)在品種種源方面實現(xiàn)了完全自主可控,，氣候變化與病蟲危害，仍然不斷威脅著西瓜生產(chǎn),，許多年來,，如何改良品種，提高抗病耐逆性成為世界育種家們面對的共同問題,。

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

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

科學(xué)院

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

在這兒,，他們與“水果之王”西瓜展開了較量。

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)過馴化后的栽培西瓜,，含糖量已經(jīng)超過10%，甚至更高,，而野生西瓜含糖量只有2%左右,。

”栽培西瓜經(jīng)過長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,，野生西瓜生長在自然惡劣環(huán)境中,，抗病耐逆性很強?！?/p>

因此,，從計劃啟動之初，團隊的目標(biāo)明確而堅定,，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,。

這個目標(biāo)容易實現(xiàn)嗎？

“2022年,，我們團隊發(fā)布了一個栽培西瓜的T2T基因組,，共注釋到了24205個基因，”鄧云笑說,。

而他們的目標(biāo),，就是要從如此龐大的基因庫中，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去。

蓋房先壘低地基,，育種先種西瓜,。深入進西瓜田，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,，汗珠不斷,，換的兩身衣服也從沒有干過，晚上還得加班加點看文獻和分析數(shù)據(jù),。

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

不厚

,，含糖量如何，都是田間觀察的工作,，對自己的材料有充分的認識,，是必要的?！?/p>

和美國農(nóng)業(yè)部專家進行視頻溝通

和國外測序公司視頻會議

比西瓜還要了解西瓜

西瓜要一口一口吃,，目標(biāo)也要一步步實現(xiàn)。

泛基因組是一個物種中所有個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的信息缺失和分析偏差,。而超級泛基因組則代表一個屬內(nèi)所有物種的基因組信息，尤其蘊含了野生種中豐富的基因組變異,，是對泛基因組的進一步擴展,，在遠緣雜交和基因發(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泛基因組。

收集西瓜屬全部7個種的代表性材料成為團隊首要解決的問題,。

項目啟動時團隊已收集了五個種的材料,，并從中國農(nóng)

科院

國家種質(zhì)資源研究庫引進第六個種。而最后一個種也就是諾典西瓜的獲取,，困擾團隊許久,。

從國外引進種質(zhì)資源程序復(fù)雜、審核嚴(yán)格,，團隊歷經(jīng)千難險阻終于拿到了諾典西瓜的種子,，然而播種后一個月、兩個月都沒有一點發(fā)芽跡象,。團隊想盡辦法,，用赤霉素處理、組培等等方法都進行了嘗試,，最終均以失敗告終,。

“后來，張興平老師得知美國農(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)負責(zé)人以及美國測序公司,，由美國農(nóng)業(yè)部種質(zhì)資源中心的合作伙伴取樣后送到測序公司，公司進行測序后再將結(jié)果反饋給國內(nèi),?！班囋苹貞洝?/p>

回顧如何解決,，鄧云解釋輕松，兩三句話就將耗時一整年多的過程概括完成,。

在他們看來,，這只是實現(xiàn)目標(biāo)的必經(jīng)歷程，沒有難易點之分,，只要完成即可,。被曬得黝黑的皮膚，在大棚里濕透的衣服,，都只是過程,。

“我以前皮膚是很白的，“鄧云笑著說道,，”但是在地里做育種工作這么多年,，很難不曬黑，我們團隊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,。

也正是對每份西瓜材料都了如指掌,，才能使他們在后期投稿，面對審稿人質(zhì)疑“材料不對“時,，第一時間不是自我懷疑,，而是擺出證據(jù)。

他們花費近一個月的時間,，仔細查找材料信息和審稿人的相關(guān)文章,，并與種質(zhì)資源庫負責(zé)人進一步核實后，委婉回復(fù)了對方,。

“作為一個研究了西瓜四十多年的人,，張興平老師可以說是全世界對西瓜最了解的人?！编囋菩χf,，“我們對材料是非常自信。”

鄧云（左）和張興平（右）在調(diào)查植株生長情況

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)建西瓜屬超級泛基因組圖譜沖刺

構(gòu)建T2T水平超級泛基因組的過程,，如同一場三棒接力賽。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，就到了測序階段,。

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

2021年底,，隨著李博生加入團隊,，利用自己研發(fā)的選擇性測序方法和超長測序技術(shù)填補了基因組的存在和端粒，全部基因組均實現(xiàn)了T2T和無缺口的組裝,。

繼李博生完成測序工作后,，何航帶領(lǐng)團隊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,。

每兩周開一次組會,，討論進展、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,、嚴(yán)格把握細節(jié),、溝通分析進度，團隊每個人都在張興平老師的帶領(lǐng)與激勵下,，埋頭苦干,，朝目標(biāo)持之以恒的邁進?！编囋普f,。

終于,，他們的研究成果發(fā)表在了《自然-遺傳學(xué)》,，實現(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,。

中國科學(xué)院

院士

黃三文評價道：“首個T2T水平的西瓜屬超級泛基因組是令人興奮的研究成果，這項研究為優(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,。”

這一次,，他們向最終目標(biāo)邁進了一大步。

論文一經(jīng)發(fā)出,，國際葫蘆科作物大會終身成就獎獲得者,、美國農(nóng)業(yè)部蔬菜實驗室瓜類遺傳資深研究員Amnon Levi亦給予高度評價道——“ 這是西瓜上至今一項不可思議、最詳細和最完美的研究,！”

“該項研究為西瓜精準(zhǔn)分子設(shè)計育種提供了最高質(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發(fā)育種技術(shù),?！编囋瞥练€(wěn)表示，“雖然最終目標(biāo)還沒有實現(xiàn),，但我們從來沒有動搖過,。”

被問及有何感想時,，他真誠地說道,，“研究院提供的經(jīng)費和支持，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>