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>>>>本章主要介绍重要的作物、蔬菜——茄科四剑客（马铃薯、番茄、辣椒、茄子）

马铃薯

马铃薯（Solanum tuberosum L.）是世界上最重要的非谷类粮食作物，是全球重要的淀粉膳食来源、是全球粮食安全的核心，在世界粮食生产和安全方面起到关键作用。在当时，马铃薯表现出严重的近交繁殖衰退，加上其基因组序列的不完善和其块茎生长进化、发展机制不明确，传统育种方法对马铃薯进行改良有重大障碍，因此对马铃薯进行基因改良成为热点问题。

2011年7月14日，由中国农业科学院蔬菜花卉研究所、深圳华大基因研究院组成的中方团队完成了马铃薯全基因组序列图和生物学分析研究，成果以封面文章形式发表于国际权威学术期刊Nature。该研究成果对这一重要块茎作物的遗传改良及育种具有巨大的科学价值，奠定了我国在马铃薯基因组研究领域的国际领先地位。

研究指出马铃薯基因组共包含约39,000个基因，在进化过程中经历了两次全基因组复制。马铃薯是通过薯块繁殖的，属于营养繁殖作物，具有严重的自交衰退现象，对基因组的分析初步揭示了马铃薯自交衰退的基因组学基础。通过比较基因组分析，发现了薯块生长发育和病虫害抗性的重要基因。在马铃薯基因组研究工作中，华大凭借其国际一流的测序平台和丰富的生物信息学分析经验，在该项目中发挥了重要作用，为阐明马铃薯遗传机制和培养高品质的马铃薯品种提供了坚实的基础。

番茄

番茄是标准的蔬菜，并且是世界范围内普遍种植的第一大蔬菜作物，也是植物遗传、发育和生理研究的重要物种。起源于南美洲的番茄，经历过数千年的传播演变，已遍布世界各地，广泛种植，品种繁多。而这期间，番茄基因组的演变却不为人知。

2012年5月30日，来自美国康奈尔大学、英国诺丁汉大学和华大等研究人员在国际权威学术期刊Nature上发表了文章，首次公布了番茄基因组，为后续番茄相关的研究奠定基础。同时也为培育具有高产、优质、抗病、抗逆等优良性状的番茄打下良好基础，对促进我国乃至全世界的番茄生产具有重要意义。

通过土豆、拟南芥、葡萄基因组的比较发现，番茄基因组在进化过程中有两次基因组的三倍复制事件，该事件使番茄基因家族在控制果实发育方面拥有新的功能化基因。此外，对番茄的不同组织进行了转录表达研究、SNP等研究，发现与番茄重要性状相关的基因，例如果实的风味，颜色，质地，抗病虫害能力等。

辣椒

辣椒（Capsicum annuum L.）是茄科的一种重要的经济作物，能满足人们辛辣的口味并且具有普遍的药用价值。自从1492年哥伦布从美洲返回及随后的航海探索，辣椒即刻传遍到世界各地，这是由于辣椒能够适应于不同的农业气候，并且被具有不同文化背景的人们快速接受。在2011年，全球辣椒产量达到3810万吨以上，辣椒日益增长的经济价值，使育种专家们一直不断追求改进辣椒质量与产量的新型育种方法，然而调控辣椒果实大小、形状和产量的大部分分子机理仍然未知。

2014年3月3日，深圳华大基因研究院与四川农业大学玉米研究所、遵义市农业科学研究院等多家单位共同完成了野生辣椒与栽培辣椒的基因组测序工作，揭示了辣椒的进化与驯化规律。这项科研成果对研究辣椒及茄科基因组的进化提供了非常有价值的遗传信息，并且将有助于建立更加有效的辣椒育种改良方法。相关研究成果已发表在美国《国家科学院院刊》（PNAS）杂志上。

研究发现辣椒基因组中包含81%的重复序列，并推测这可能是由于辣椒基因组在30万年前通过逆转录因子的快速扩增发生了显著扩张。研究人员通过将野生和栽培辣椒基因组与20种重测序品种进行比对之后，发现了大量的驯化候选基因，这些基因揭示出人工选择的分子印迹。研究人员在辣椒中发现了51个参与辣椒碱生物合成的基因家族，虽然这些基因家族在西红柿、土豆、拟南芥中也存在同源基因，但这些关键的基因在辣椒中有明显的拷贝数扩增。另外，他们还发现辣椒素（主要由二氢辣椒碱组成，能够产生辣椒果实独特的辣味）背后存在剂量补偿机制，这是一种与辣椒素积累相连的关键因素，可以决定不同品种辣椒的辣度。

茄子

茄子是亚洲、中欧、南欧和非洲重要的农作物，同土豆、番茄、辣椒一样拥有极高的经济价值。2012年茄子的产量高达48.4M 吨，接近番茄产量的1/3，但对茄子分子层面的研究远少于番茄和土豆。尽管茄科农作物的许多性状相同，但茄子有许多独有的性状还未被研究。

2014年9月18日，日本Kazusa DNA 研究中心和NARO植物与茶科学研究中心 (NIVTS)共同完成此茄子基因组测序工作。通过将茄子、番茄、土豆、烟草和拟南芥的基因进行聚类分析，发现茄子独有的19个抗病相关基因；此外，通过与番茄基因组进行比较，找到2个可能与控制茄子颜色（紫色或者白色）相关的基因。茄子与番茄基因组的比较分析有助于加速理解茄科基因组的结构特征，为这一类作物的培育及利用提供依据。

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