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早在2000年前，陳勁楓教授將栽培黃瓜（Cucumis sativusL., 2n=14）與野生酸黃瓜（C. hystrixChakr., 2n=24）進行種間雜交，通過胚胎拯救和染色體加倍，首創了甜瓜屬人工異源四倍體新物種“金瓜”并命名為Cucumis hytivusChen and Kirkbr.，建立了利用種間變異進行黃瓜遺傳改良的途徑，申請獲得了國家發明專利（專利號：CN1279009A；CN1111349C）。在此基礎上，項目組通過進一步將金瓜和栽培黃瓜雜交和多次回交，創制了異源三倍體、單體異附加系和漸滲系等一系列特異染色體工程材料，為黃瓜遺傳育種提供了全新的種質資源。
本研究利用PacBio+BioNano+Hi-C+Illumina多層級的策略完成了首個人工合成多倍體的染色體水平基因組組裝，并對其亞基因組進行了精確區分。在項目組前期解析了酸黃瓜基因組的基礎上，本研究通過比對親本栽培黃瓜和野生酸黃瓜基因組發現，雖然兩個親本的絕大部分基因組均在金瓜基因組中得以保留，來自栽培黃瓜的亞基因組具有明顯的亞基因組優勢現象，表現為丟失的序列更少，同源基因的表達水平更高。
進一步以種間雜種F1、金瓜初世代S0和其他早期世代（S4~S13）開展的比較基因組學分析顯示，異源多倍體化過程中的三個重要階段（種間雜交、基因組加倍和二倍體化）對異源多倍體基因組的作用各不相同，以種間雜交的作用最為顯著。也就是說，多倍體中被廣泛發現的亞基因組優勢現象在種間雜交過程中就已經基本確定了，并在后續的進化過程逐漸累積。而在二倍體化過程中，基因組的變化也主要發生在最初的幾個世代（S0~S3），之后只有少數位點的改變。
世界人口繼續快速增長，全球氣候快速變化，極端事件持續頻發使農業生產面臨前所未有的挑戰。通過多倍體途徑創制新型的高產、高效、環境友好、適應性廣的作物新品種已成為農業生產、環境保護和人類社會可持續發展的緊迫需求。盡管已有大量的多倍體植物研究和應用成果，但是由于現存的天然多倍體大多已存在成千上萬年，對于從頭創制新型多倍體作物的借鑒價值非常有限。本研究對人工合成的多倍體新物種金瓜進行了耐熱性與抗南方根結線蟲鑒定，結果表明，金瓜不僅表現出明顯的雜種優勢（生長力旺盛、營養價值高），同時還具有很強的環境適應性，能夠在炎熱的南京越夏生長，是利用多倍體化開發作物新品種的典型案例。
本研究工作以南京農業大學作物遺傳與種質創新國家重點實驗室為第一單位。南京農業大學園藝學院陳勁楓教授為該論文的通訊作者，青年教師虞夏清博士為論文第一作者，博士研究生王盼喬、李季副教授、博士研究生趙勤政和中國熱帶農業科學院紀長綿副研究員為同等貢獻作者。本研究得到了國家重點研發計劃（2018YFD1000804）、國家自然科學基金（31902006；31902007）和江蘇高校優勢學科建設工程資助項目的資助。
