重磅|追求少而精，5年CNS大满贯的实验室（另外6篇Nature Genetics）

iNature：今天带大家走进黄三文团队（主要从事蔬菜基因组及遗传育种研究），iNature经过检索，发现黄三文在Nature，Science及Cell，Nature Genetics等杂志上发表约100篇文章。尤其是前期黄三文在Cell上发表多组学研究揭示番茄品质的化学基础，文章非常的出色。这一次，我们遴选了黄三文具有代表性的文章（总共14篇，这也是精华，下载地址https://pan.baidu.com/s/1dcOOHo，仅用于教育，切勿商用），把最好的东西呈现给您。

1.番茄全基因组序列的获取（2012年，引用次数1080）

番茄（Solanum lycopersicum）是主要的作物植物和果实发育的模型系统。茄科是最大的被子植物之一，包括来自不同地区的一年生和多年生植物。在这里，番茄基因组联盟提出了一个高质量的驯化番茄的基因组序列，同时与番茄最接近的野生近缘植物Solanum pimpinellifolium的序列草图相互比较，另外与马铃薯基因组（马铃薯Solanum tuberosum）进行比较。两个番茄基因组只显示出0.6％的核苷酸差异，但显示出与马铃薯有8％以上的差异，具有9个大的和几个较小的倒位。与拟南芥相反，与大豆相似，番茄和马铃薯的小RNA主要定位于富含基因的染色体区域，包括基因启动子。这些事件为控制果实特征（如色泽和肉质）的基因的新功能化奠定了基础。

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https://www.nature.com/articles/nature11119.pdf

2.白菜基因组序列的获取（2011年，引用次数806）

白菜基因组测序项目联盟报告了大白菜401-42的基因组序列草图的注释和分析。 白菜基因组测序项目联盟使用拟南芥作为外部群体来研究基因组三联的产生结果，如结构和功能进化。 三重基因组片段之间的基因丢失（分离）的程度是变化的。 基因组中存在的基因家族成员数目的变化可能有助于芸苔属物种显著的形态可塑性。 B. rapa基因组序列为研究多倍体基因组的进化提供了重要资源，也为芸苔属油菜类植物的遗传改良奠定了基础。

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https://www.nature.com/articles/ng.919?message-global=remove

3.黄瓜基因组序列的获取（2009年，引用次数711）

黄瓜是经济上重要的作物，也是性别决定研究和植物维管生物学的模型系统。在这里，黄三文等研究组报告黄瓜变种的基因组序列草图。使用传统Sanger和新一代Illumina GA测序技术的新型技术来组装，获得72.2倍基因组覆盖度。黄三文等研究组的研究表明，黄瓜的七条染色体中的五条是从离开甜瓜后的十条祖先染色体的融合中产生的。测序的黄瓜基因组可以深入了解其性别表现，抗病性，葫芦素生物合成和“新鲜绿色”气味等特征。黄三文等研究组还鉴定了686个与韧皮部功能相关的基因簇。黄瓜基因组为研究特殊栽培品种和研究植物维管系统的进化和功能提供了有价值的资源。

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https://www.nature.com/articles/ng.475?message=remove

4.马铃薯基因组序列的获取（2011年，引用次数671）

马铃薯（Solanum tuberosum L.）是世界上最重要的非粮食作物，也是全球粮食安全的核心。它是无形繁殖，高度杂合，同源四倍体，并且患有急性近交衰退等生物学特征。在这里，马铃薯基因组测序联盟使用纯合-双单倍体马铃薯来测序，并且组装了844Mb基因组序列（约占基因组的86％）。马铃薯基因组测序联盟预测39,031个蛋白质编码基因，并为至少两个指示古多倍体起源的基因组复制事件提供证据。马铃薯基因组揭示了这个大的被子植物进化枝特有的2642个基因。马铃薯基因组测序联盟还测序了一个杂合的二倍体，并显示基因存在/缺失变体和其他潜在的有害突变频繁发生，并可能是近亲繁殖的原因。基因家族的扩张，组织特异性表达和基因募集到新的途径促进了块茎发育的进化。马铃薯基因组序列为这种关键作物的遗传改良提供了一个平台。

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https://www.nature.com/articles/nature10158?message-global=remove

5.西瓜基因组序列的获取（2013年，引用次数221）

西瓜（Citrullus lanatus）是世界上种植的一种重要的葫芦科作物。在这里，多个研究组合作报告了东亚西瓜栽培品种97103（2n = 2×= 22）的高质量草图基因组序列，其含有23,440个预测的蛋白质编码基因。比较基因组学分析为来源于7号染色体古六倍体真核祖先的11个西瓜染色体的起源提供了进化方案。对代表3个不同亚种的西瓜材料进行重新测序，得到了多个单倍型，并确定了西瓜种质的遗传多样性和种群结构。鉴定了在驯化过程中优先选择的基因组区域。在驯化期间也发现许多抗病基因的丢失。此外，综合基因组学和转录组学分析对于西瓜和黄瓜韧皮部维管束信号的方面产生了重要的见解，并且鉴定了对有价值的果实品质性状（包括糖积累和瓜氨酸代谢）至关重要的基因。

原文链接

https://www.nature.com/articles/ng.2470.pdf

6.GWAS分析番茄驯化过程（2014年，引用次数156）

番茄是植物生物学和育种的典型物种，但改变其基因组的人类选择的性质仍然大部分未知。 在这里，黄三文研究组根据360份材料的基因组序列报道番茄进化综合分析。 黄三文研究组提供的证据表明，驯化和改良集中在两个独立的数量性状基因座（QTLs）上，导致现代番茄果实比其祖先大100倍。 此外，黄三文研究组发现了一个现代加工西红柿的主要基因组学上的特征，确定了赋予粉红色果实颜色的变体。 本研究概述了历史选择的成就和成本，并提供了进一步改进的分子见解。

原文链接

https://www.nature.com/articles/ng.3117

7.GWAS分析黄瓜的驯化过程（2013年，引用次数123次）

我们日常饮食中的大部分水果是驯化和繁殖的产物。 在这里，黄三文研究组报告了一个主要水果的基因组变异图谱，其中包含约360万个变种，这些变种是通过对来自全球3,342个种质的115个黄瓜品系进行深度重新测序而产生的。 对比分析表明，水果作物驯化的瓶颈比谷物作物窄。 黄三文研究组确定112个假定驯化种类区域; 其中1个区域含有一个参与水果苦味丧失的基因，这是黄瓜必不可少的驯化特征。 黄三文研究组还观察了种群间差异的基因组基础，并发现了一个β-胡萝卜素羟化酶基因的天然遗传变异体，可用于培育营养价值更高的黄瓜。 这里揭示的黄瓜进化的基因组历史提供了未来基因组启动育种的基础。

原文链接

https://www.nature.com/articles/ng.2801.pdf

8.苦味的秘密（2014年，引用次数71次）

葫芦素是三萜类化合物，在黄瓜，西瓜，西瓜，南瓜和南瓜等葫芦中具有苦味。 这些化合物阻碍了植物上的大部分害虫，并且也显示具有抗肿瘤特性。 通过基因组学和生物化学方法，黄三文研究组鉴定了葫芦素C生物合成途径中的9个黄瓜基因，并阐明了四个催化步骤。 黄三文研究组发现转录因子B1（Bitter leaf）和Bt（Bitter fruit）分别调控叶片和果实中的这一途径。 基因组特征中的痕迹表明，在驯化期间对Bt施加的选择导致从它们的苦味祖先衍生出非双葫芦。

原文链接

http://science.sciencemag.org/content/346/6213/1084

9.作物基因编辑框架的提出（2016年，引用次数45次）

通过DNA测序的快速进展和通过基因组编辑的靶向改变DNA序列，作物育种正在发生革命性的变化。 在这里，黄三文等人提出了一个“基因组编辑作物”（GECs）精确育种的监管框架，使社会可以充分受益于植物遗传学和基因组学的最新进展。

原文链接

https://www.nature.com/articles/ng.3484

10.番茄风味形成机制——为培育美味番茄提供技术蓝图（2017年，引用次数23次）

番茄是世界第一大蔬菜作物，根据世界粮农组织统计，2014年全球番茄产值是962.8亿美元，在蔬菜和水果中居于首位。我国以鲜食番茄为主，其风味品质更受关注，然而近年来消费者常常抱怨“现在的西红柿越来越没有以前的味儿了”。为了解决这一难题，基因组所黄三文研究员和佛罗里达大学Harry Klee教授组成了20人的研究团队，历时4年多的协同攻关，终于发现了番茄风味调控的机制，为番茄风味的改良奠定了基础。

原文链接

http://science.sciencemag.org/content/355/6323/391/tab-pdf

11.黄瓜性别决定的秘密（2015年，引用次数23次）

结构变异（SV）是遗传多样性的主要来源。然而，SV在植物基因组中的功能影响和形成机制在很大程度上仍然是未知的。在这里，黄三文等研究组报告了核苷酸分辨率的黄瓜（Cucumis sativas）SV图谱，包括26,788个SV，基于对115个不同种质的深度重新测序。通过非同源末端重排形成黄瓜SVs的比例最大，SVs的出现与高核苷酸多态性的区域密切相关。这些SV影响1676个基因的编码区，其中一些与黄瓜驯化有关。根据该图，黄三文等研究组发现了一个拷贝数变异（CNV），涉及到定义雌（F）基因座的四个基因，并且引起雌性黄瓜植物，它们几乎在每个节点上都只有雌花，结实果实。 SV集提供了植物结构变异的快照，并将作为探索关键性状的基因以及促进黄瓜实际育种的重要资源。

原文链接

http://www.plantcell.org/content/27/6/1595

12.番茄节律的发现（2016年，引用次数18次）

生物钟是植物生理和发育的关键调控者，控制作物的主要农业性状。 此外，昼夜节律的自然变化对于局部适应是重要的。 然而，由于人工选择的昼夜节律的定量调节尚未被报道。 在这里，Gómez等研究组表明，驯化番茄（Solanum lycopersicum）的昼夜节律减慢。 拟南芥基因EID1的番茄同源物的等位变异负责相位延迟。 值得注意的是，含有EID1的基因组区域显示出选择性调控的特征。 Gómez等研究组发现栽培西红柿中的EID1等位基因特别是在长日照的光周期下增强了植物的表现，这表明人类选择较慢的昼夜节律来使栽培物种适应在它离开赤道时所遇到的漫长夏季。

原文链接

https://www.nature.com/articles/ng.3447

13.黄瓜苦味进一步探索（2016年，引用次数4次）

在密切相关的植物物种中，次生代谢产物谱的分化提供了揭示生物合成途径和调控回路的线索，这个领域仍然在研究中。葫芦素是苦瓜和高度氧化的四环三萜类化合物，主要由葫芦科植物产生。这些化合物具有相似的结构，其抗肿瘤活性，但是生理生物学作用不同。通过对黄瓜，甜瓜和西瓜基因组的比较分析，黄三文研究组发现了编码不同葫芦素代谢基因的保守位点。黄三文研究组还发现了调控葫芦素组织特异性生物合成的转录因子的同线性基因簇，并且可能赋予与野生葫芦驯化有关的苦味表型丧失相关。这项研究说明了利用比较基因组学来鉴定控制结构相关但独特的天然产物的生物合成的酶和转录因子的潜力。

原文链接

https://www.nature.com/articles/nplants2016183

14.基因组所科学家多组学研究揭示番茄品质的化学基础 ——为培育美味品种提供新工具

该研究利用多重组学的大数据，揭示了在驯化和育种过程中番茄果实的营养和风味物质发生的变化，并发现了调控这些物质的重要遗传位点，为植物代谢物的分子机理研究提供了源头大数据和方法创新。同时，该研究结果为番茄果实风味和营养物质的遗传调控和全基因组设计育种提供了路线图。Cell同期发表了美国科学院院士、康奈尔大学教授James Giovannoni题为“番茄多组学揭示作物驯化和改良的影响”的评述文章，认为：该项研究加深了对作物品质化学的科学认识，将推动高品质品种培育，最终消费者能够从风味更佳、营养更好的食品供应中得利。

原文链接

http://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(17)31499-X

注：如果有不全，iNature再次表示歉意；引用次数参考Web of Science网站。另外，部分解析中国农科院官网的介绍。

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黄三文，研究员，博士生导师

研究领域包括植物基因组学、蔬菜分子生物学和分子育种研究，主要致力于构建蔬菜全基因组设计育种的理论和方法体系，打通"从基因组到新品种"的技术通路。回国后先后主持了科技部、农业部和国家自然科学基金委项目10余项，担任国家"973"项目"主要蔬菜重要品质性状形成的遗传机理与分子改良"首席科学家，2012年获得国家杰出青年科学基金资助。2005年获中国国家留学基金管理委员会颁发的"国家优秀留学生奖学金"，2007年获"国家科技进步二等奖"，2011年获得科技部颁发的"十一五国家科技计划执行优秀团队奖"，2012年获得中国园艺学会颁发的"华耐园艺科技奖"。在国际植物基因组学界具有较大的影响。在Nature，Science及Cell等杂志上发表约100篇文章。

担任国际黄瓜基因组计划的首席科学家，也是国际马铃薯基因组测序协作组执委和国际茄科基因组研究协作组织的共同主席。组织了Plant Genome Evolution Conference (2011，荷兰阿姆斯特丹)以及国际茄科和葫芦科基因组2011年联会(SOL&ICUGI 2011，日本筑波)。2009年受邀在美国康乃尔大学Boyce-Thompson植物研究所、加州大学戴维斯分校、威斯康星大学做黄瓜和马铃薯基因组研究报告，2011年受邀在美国植物生物学年会(ASPB 2011)做《马铃薯和黄瓜的基因组学研究进展》的大会报告。担任《Journal of Integrative Plant Biology》、《Euphytica》(国际植物育种学报)和《农业生物技术学报》编委。

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