北京大学现代农业研究院暨潍坊现代农业山东省实验室全球首次成功构建西瓜属端粒到端粒超级泛基因组图谱新闻发布会（文字实录）

　　7月8日，市政府新闻办举行新闻发布会，介绍北京大学现代农业研究院暨潍坊现代农业山东省实验室全球首次成功构建西瓜属端粒到端粒超级泛基因组图谱的有关情况，并回答记者提问。

　　发布人

　　张兴平    北京大学现代农业研究院副院长、潍坊现代农业山东省实验室副主任

　　何   航    北京大学现代农业研究院、潍坊现代农业山东省实验室研究员

　　邓  云     北京大学现代农业研究院、潍坊现代农业山东省实验室研究员
 

全国农业看山东

山东农业看潍坊

　　北京大学现代农业研究院、潍坊现代农业山东省实验室作为发展农业新质生产力代表，以满足人民美好健康生活为目标，聚焦农业新业态，开展农业科技创新、实现原创性理论及技术突破，为潍坊乃至山东及全国的农业经济高质量发展提供智库支撑。潍坊是我国西瓜的重要产区，西瓜种植面积达到了34.76万亩，年产量143.6万吨。

西瓜属超级泛基因组

图谱构建的学术意义

　　近日，北京大学现代农业研究院、潍坊现代农业山东省实验室在国际顶尖期刊《自然-遗传学》上在线发表了题为Telomere-to-telomere Citrullus Super-pangenome Provides Direction for Watermelon Breeding的研究成果，标志着我国在全球农业遗传学研究领域走在了前列。这一重大成果的取得，不仅对世界西瓜种质创新和品种选育产生重大而深远的影响，更有助于推动潍坊本地西瓜产业全链条提质增效。

　　什么是超级泛基因组？泛基因组是一个物种中所有个体基因组信息的总和，构建泛基因组可以有效解决单一参考基因组带来的信息缺失和分析偏差。而超级泛基因组则代表一个属内所有物种的基因组信息，尤其蕴含了野生种中丰富的基因组变异，是对泛基因组的进一步扩展，在远缘杂交和基因发掘等方向具有重要应用前景。

西瓜属超级泛基因组

图谱构建的学术意义有以下几点

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　　01该项研究绘制了西瓜属全部7个种的28份代表性材料的端粒到端粒高质量基因组图谱，成功构建首个属级端到端超级泛基因组。得到总计768.5Mb，32,513个基因家族的西瓜属泛基因组，是单个西瓜基因组的1.5倍，增加了11,225个栽培西瓜中没有发现的基因。基于超级泛基因组图谱，该研究首次全面比较了西瓜属的着丝粒序列，其丰富的变异和特有的进化关系影响了不同种之间的杂交配对。因此，该超级泛基因组极大地扩展了西瓜遗传改良的基因池。

　　02该项研究拓展了西瓜属的分类系统，核实了西瓜起源的理论依据，并发现栽培西瓜除之前报道的cordophanus亚种外可能还存在其他祖先。该项研究还鉴定到在西瓜属内发生的三次大染色体重排事件和两个长片段倒位，这些染色体重排显著影响了西瓜的抗性、品质相关基因以及三维基因组结构，并在栽培种中得以保留。因此，这些发现也为回交育种过程中避免连锁累赘提供了基因组基础。

　　03该项研究构建了西瓜图形泛基因组，鉴定出461,987个结构变异（SV）。通过SV-GWAS鉴定了驯化过程中丢失和获得的关键基因，挖掘了与葫芦素含量、含糖量、果肉着色等重要性状相关的功能基因结构变异，发现在西瓜驯化过程中，伴随着多个与含糖量增加、果肉变红相关的基因簇扩张，大量抗病功能相关的基因簇丢失。最完整的基因组资源将助力高效挖掘和利用野生西瓜种中的优异基因。

　　04该项研究利用野生西瓜的基因组序列和抗病基因信息，通过种间杂交育成了抗多种病害的自交系‘PKR6’，并确定了西瓜抗枯萎病生理小种1的候选基因。该项研究提供了利用野生种质创制优异育种材料的新范例，将驯化过程中丢失的抗病基因重新有目的地导入到栽培种中，对加速抗病品种选育、促进西瓜产业高效发展具有深远意义。西瓜属端到端超级泛基因组是世界首次最全面的西瓜属基因组序列图谱和变异图谱，代表了西瓜科研领域最高水平。本项研究揭示了西瓜属的基因组演化历史，发掘了西瓜野生种中丰富的遗传多样性，提供了利用野生种质创制优异育种材料的新范例，为其他作物超级泛基因组的构建和野生种质的利用指明了方向。

新成果

对精准分子设计育种的意义

　　精准分子设计育种

　　精准分子设计育种是一种最前沿的分子育种技术，是在全基因组序列的基础上，根据事先进行的基因组设计方案，通过优化选择最佳亲本基因组组合、杂交和分子标记选择等先进技术，聚合大量有益基因，从而快速定向培育高产、优质、抗病、耐逆的优良新品种。

　　实现精准分子设计育种的必要条件

　　一、需要高质量的参考基因组，包括准确的基因组序列、位置和注释信息。二、要知道基因和性状的一一对应关系，确定某个基因通过什么方式执行什么功能。三、需要开发一些育种技术工具，比如育种芯片、基因编辑技术等。

本次发布的

西瓜属端粒到端粒超级泛基因组成果

对精准分子设计育种具有重要意义

具体体现在以下几个方面

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　　为精准分子设计育种提供了最高质量最全面的参考基因组，并且以图形的形式呈现，提供了最准确的基因组序列、位置和注释信息。相当于提供了一张目前最全面、分辨率最高的西瓜基因组地图，这张基因组地图比原来增加了11,225个新基因，数量上增加了约50%，而且这些基因都是从野生西瓜种中发现的，包含了栽培西瓜中没有的大量抗病耐逆基因，这些基因是培育抗病耐逆新品种的宝贵资源。

　　有助于更加快速准确的建立基因与性状的一一对应关系，相当于我们要在这张西瓜基因组地图中明确哪个基因是什么功能，这就需要明确地图中是否有这个基因以及详细的坐标信息，西瓜属端粒到端粒超级泛基因组就提供了这些信息。（1）西瓜属端粒到端粒超级泛基因组包含了所有西瓜物种的基因组信息，是最全面的西瓜基因组地图，不会产生由于参考基因组中没有这个基因而挖掘不到的参考偏差现象。（2）提供了46万个结构变异，这是一类比原来传统的单核苷酸多态性（SNP）对基因功能影响更大的变异类型，相当于地图中更容易发现更显眼的坐标信息。有了无参考偏差的基因组和更多重要的变异位点，可以帮助我们更加准确更加高效的挖掘基因功能，从而更加快速准确的建立基因与性状的一一对应关系。

　　有助于开发育种技术。（1）育种芯片的开发，我们已经开始着手开发西瓜育种芯片，与传统的育种芯片相比，我们开发的育种芯片加入了新鉴定到的大量结构变异位点，更适用于将野生西瓜中的优异基因导入到栽培西瓜中，而未来西瓜创新的核心就是野生种质的利用。（2）加速通过基因编辑创制新种质，可以帮助研发人员更加准确高效设计编辑靶点。

　　目前，该研究已经提供了一个精准分子设计育种的范例，利用野生西瓜的基因组序列和抗病基因信息，通过种间杂交育成了抗多种病害的自交系‘PKR6’，并挖掘到了抗枯萎病的功能基因。基于完整基因组学，该团队已经构建了西瓜精准分子设计育种体系，育成了多个优质抗病新品种。
 

 

　　山东广播电视台记者：请问研究院和省实验室针对这项最新研究成果，在西瓜种质创新应用方面有哪些计划？

　　张兴平答：1.扩展基因资源库：利用超级泛基因组所包含的西瓜属全部7个种的28份代表性材料的基因信息，大幅度扩展西瓜的基因资源库。未来的育种工作将充分利用这些丰富的基因组变异，尤其是利用栽培西瓜中缺失的抗病耐逆等优良基因。2.增强抗病育种：通过利用野生西瓜种中的抗病基因，进行种间杂交和回交育种，创制出抗多种病害的自交系，例如‘PKR6’，从而增强栽培西瓜的抗病能力。3.改良育种技术：该研究提供了西瓜图形泛基因组，并通过SV-GWAS（结构变异-全基因组关联分析）鉴定了驯化过程中丢失和获得的关键基因，挖掘了与葫芦素含量、含糖量、果肉着色等重要性状相关的功能基因结构变异。通过这些发现，更高效地进行基因组选择和精确育种。4.支持分子育种：该超级泛基因组极大地丰富了西瓜的基因资源库，鉴定了大量新基因和结构变异，为基因功能研究和育种应用提供了宝贵的资源库，从而支持分子育种的深入开展。5.推动新品种选育：通过利用野生种质创制优异育种材料，该研究为西瓜育种提供了新的范例，促进了高产、优质、多抗新品种的快速选育。例如，通过基因组序列和抗病基因信息的利用，培育更多像潍美102、105和106这样的优质西瓜新品种。6.提升育种效率：研究还为回交育种过程中避免连锁累赘提供了基因组基础，从而提升了育种效率。这对于加速抗病品种选育、促进西瓜产业高效发展具有深远意义。研究院将公开共享西瓜属超级泛基因组数据于我们搭建的数据库中，并积极与国内外研究机构合作继续挖掘基因资源，推动西瓜种质创新，提高育种效率，促进西瓜产业的绿色高质量发展。

　　大众网记者：从刚刚的介绍中我们了解了，构建基因组图谱为针对性改良西瓜品种、提高经济效益有非常重要的意义，能否介绍一下目前新品种选育情况和收获的经济效益？

　　邓云答：新品种选育方面：北京大学现代农业研究院、潍坊现代农业山东省实验室已全面开启基于多组学的西瓜精准分子设计育种4.0，育成西瓜新品种7个，申请植物新品种权7个，这些品种已经在全国25个省、市、区示范推广。在2024年1月海南举办的第二届中国（海南）国际西甜瓜产业发展大会上，研究院、省实验室7个西瓜品种获奖，独占4个组别中的3个一等奖。在成果转化方面：目前已经转让西瓜品种经营权5个，经营权转让金额预计突破1000万元，预计产生经济效益60亿元。其中小果型西瓜新品种潍美W102以其浓郁的果香味风靡北上广市场，已经在叮咚买菜、盒马鲜生等终端销售。与合作伙伴合作，通过品种-种植基地-销售终端的全产业链模式，该品种2024年全年预计产生经济效益超2亿元，农户收入超1亿元，经济效益和社会效益显著。

　　潍坊日报记者：潍坊现代农业山东省实验室和北京大学现代农业研究院作为我市种业研发的引领机构，目前的建设情况是怎样的，请简要介绍一下。

　　张兴平答：北京大学现代农业研究院于2021年正式搬入位于潍坊市峡山生态经济开发区的新园区，占地300亩，设有7.1万平方米的房屋设施。同年底，依托研究院，成立了山东省内唯一一家专注现代农业领域研究的现代农业山东省实验室，两个单位均为新型研发机构。研究布局我们重点围绕几个方面进行：（1）高水平平台建设方面：整合资源共建小麦育种全国重点实验室，山东省作物精准分子设计育种重点实验室，山东省农业生物技术国际联合实验室；获批博士后科研工作站以及5家潍坊市重点实验室，内部建立七大公共研究平台；（2）设施和基地建设方面：研究院、省实验室在山东和海南两地进行布局，建成智能温室5000平米、植物生长室61间、中试大棚45亩、转基因基地约200亩、育种基地约660亩、南繁基地360亩；（3）人才队伍建设方面：我们从全球招募了42位高端人才组建平台/实验室，初步形成了以院士领衔、杰青和长江学者为两翼、中青年骨干为主体的雁阵人才团队，形成了拥有191名博士和424名硕士，共计748名科研人员构成的研究团体。同时，我们积极与多所国内外高校合作联合培养博士后和研究生；（4）重点研究作物以及成果：布局小麦、玉米主粮作物，花生、大豆油料作物以及西甜瓜经济作物等17个作物种类开展基础与应用基础领域研究。利用生物信息与大数据分析平台开展资源收集与基因组分析，进行多组学分析，弄清基因形态与性状关系生物技术平台及作物育种平台利用已知基因与性状关系，开展不同作物中特定底盘品系的精准基因活性改变，以此建立各种作物的精准分子设计育种体系。目前西瓜、猕猴桃、辣椒和番茄等作物已建立体系，这将加速这些作物的育种进程，培育出符合农民期盼的，市场欢迎的新品种、好品种。乡村振兴战略研究中心聚焦于农业农村发展领域的政策与工程管理研究，数字乡村创新中心致力于新技术的应用评估。总的来说，研究院及省实验室始终坚持“四个面向”战略方向，加快科技创新。将基础研究与应用研究的成果推向市场，为潍坊、山东乃至全国创造社会与经济价值。