追求少而精，5年CNS大滿貫的實驗室

iNature：今天帶大家走進黃三文團隊（主要從事蔬菜基因組及遺傳育種研究），iNature經過檢索，發現黃三文在Nature，Science及Cell，Nature Genetics等雜誌上發表約100篇文章。尤其是前期黃三文在Cell上發表多組學研究揭示番茄品質的化學基礎，文章非常的出色。這一次，我們遴選了黃三文具有代表性的文章（總共14篇，這也是精華，下載地址https://pan.baidu.com/s/1dcOOHo，僅用於教育，切勿商用），把最好的東西呈現給您。

1.番茄全基因組序列的獲取（2012年，引用次數1080）

番茄（Solanum lycopersicum）是主要的作物植物和果實發育的模型系統。茄科是最大的被子植物之一，包括來自不同地區的一年生和多年生植物。在這裡，番茄基因組聯盟提出了一個高質量的馴化番茄的基因組序列，同時與番茄最接近的野生近緣植物Solanum pimpinellifolium的序列草圖相互比較，另外與馬鈴薯基因組（馬鈴薯Solanum tuberosum）進行比較。兩個番茄基因組只顯示出0.6％的核苷酸差異，但顯示出與馬鈴薯有8％以上的差異，具有9個大的和幾個較小的倒位。與擬南芥相反，與大豆相似，番茄和馬鈴薯的小RNA主要定位於富含基因的染色體區域，包括基因啟動子。這些事件為控制果實特徵（如色澤和肉質）的基因的新功能化奠定了基礎。

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

2.白菜基因組序列的獲取（2011年，引用次數806）

白菜基因組測序項目聯盟報告了大白菜401-42的基因組序列草圖的注釋和分析。 白菜基因組測序項目聯盟使用擬南芥作為外部群體來研究基因組三聯的產生結果，如結構和功能進化。 三重基因組片段之間的基因丟失（分離）的程度是變化的。 基因組中存在的基因家族成員數目的變化可能有助於芸苔屬物種顯著的形態可塑性。 B. rapa基因組序列為研究多倍體基因組的進化提供了重要資源，也為芸苔屬油菜類植物的遺傳改良奠定了基礎。

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

3.黃瓜基因組序列的獲取（2009年，引用次數711）

黃瓜是經濟上重要的作物，也是性別決定研究和植物維管生物學的模型系統。在這裡，黃三文等研究組報告黃瓜變種的基因組序列草圖。使用傳統Sanger和新一代Illumina GA測序技術的新型技術來組裝，獲得72.2倍基因組覆蓋度。黃三文等研究組的研究表明，黃瓜的七條染色體中的五條是從離開甜瓜後的十條祖先染色體的融合中產生的。測序的黃瓜基因組可以深入了解其性別表現，抗病性，葫蘆素生物合成和「新鮮綠色」氣味等特徵。黃三文等研究組還鑒定了686個與韌皮部功能相關的基因簇。黃瓜基因組為研究特殊栽培品種和研究植物維管系統的進化和功能提供了有價值的資源。

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

4.馬鈴薯基因組序列的獲取（2011年，引用次數671）

馬鈴薯（Solanum tuberosum L.）是世界上最重要的非糧食作物，也是全球糧食安全的核心。它是無形繁殖，高度雜合，同源四倍體，並且患有急性近交衰退等生物學特徵。在這裡，馬鈴薯基因組測序聯盟使用純合-雙單倍體馬鈴薯來測序，並且組裝了844Mb基因組序列（約佔基因組的86％）。馬鈴薯基因組測序聯盟預測39,031個蛋白質編碼基因，並為至少兩個指示古多倍體起源的基因組複製事件提供證據。馬鈴薯基因組揭示了這個大的被子植物進化枝特有的2642個基因。馬鈴薯基因組測序聯盟還測序了一個雜合的二倍體，並顯示基因存在/缺失變體和其他潛在的有害突變頻繁發生，並可能是近親繁殖的原因。基因家族的擴張，組織特異性表達和基因募集到新的途徑促進了塊莖發育的進化。馬鈴薯基因組序列為這種關鍵作物的遺傳改良提供了一個平台。

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

5.西瓜基因組序列的獲取（2013年，引用次數221）

西瓜（Citrullus lanatus）是世界上種植的一種重要的葫蘆科作物。在這裡，多個研究組合作報告了東亞西瓜栽培品種97103（2n = 2×= 22）的高質量草圖基因組序列，其含有23,440個預測的蛋白質編碼基因。比較基因組學分析為來源於7號染色體古六倍體真核祖先的11個西瓜染色體的起源提供了進化方案。對代表3個不同亞種的西瓜材料進行重新測序，得到了多個單倍型，並確定了西瓜種質的遺傳多樣性和種群結構。鑒定了在馴化過程中優先選擇的基因組區域。在馴化期間也發現許多抗病基因的丟失。此外，綜合基因組學和轉錄組學分析對於西瓜和黃瓜韌皮部維管束信號的方面產生了重要的見解，並且鑒定了對有價值的果實品質性狀（包括糖積累和瓜氨酸代謝）至關重要的基因。

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

6.GWAS分析番茄馴化過程（2014年，引用次數156）

番茄是植物生物學和育種的典型物種，但改變其基因組的人類選擇的性質仍然大部分未知。 在這裡，黃三文研究組根據360份材料的基因組序列報道番茄進化綜合分析。 黃三文研究組提供的證據表明，馴化和改良集中在兩個獨立的數量性狀基因座（QTLs）上，導致現代番茄果實比其祖先大100倍。 此外，黃三文研究組發現了一個現代加工西紅柿的主要基因組學上的特徵，確定了賦予粉紅色果實顏色的變體。 本研究概述了歷史選擇的成就和成本，並提供了進一步改進的分子見解。

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

7.GWAS分析黃瓜的馴化過程（2013年，引用次數123次）

我們日常飲食中的大部分水果是馴化和繁殖的產物。 在這裡，黃三文研究組報告了一個主要水果的基因組變異圖譜，其中包含約360萬個變種，這些變種是通過對來自全球3,342個種質的115個黃瓜品系進行深度重新測序而產生的。 對比分析表明，水果作物馴化的瓶頸比穀物作物窄。 黃三文研究組確定112個假定馴化種類區域; 其中1個區域含有一個參與水果苦味喪失的基因，這是黃瓜必不可少的馴化特徵。 黃三文研究組還觀察了種群間差異的基因組基礎，並發現了一個β-胡蘿蔔素羥化酶基因的天然遺傳變異體，可用於培育營養價值更高的黃瓜。 這裡揭示的黃瓜進化的基因組歷史提供了未來基因組啟動育種的基礎。

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

8.苦味的秘密（2014年，引用次數71次）

葫蘆素是三萜類化合物，在黃瓜，西瓜，西瓜，南瓜和南瓜等葫蘆中具有苦味。 這些化合物阻礙了植物上的大部分害蟲，並且也顯示具有抗腫瘤特性。 通過基因組學和生物化學方法，黃三文研究組鑒定了葫蘆素C生物合成途徑中的9個黃瓜基因，並闡明了四個催化步驟。 黃三文研究組發現轉錄因子B1（Bitter leaf）和Bt（Bitter fruit）分別調控葉片和果實中的這一途徑。 基因組特徵中的痕迹表明，在馴化期間對Bt施加的選擇導致從它們的苦味祖先衍生出非雙葫蘆。

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

9.作物基因編輯框架的提出（2016年，引用次數45次）

通過DNA測序的快速進展和通過基因組編輯的靶向改變DNA序列，作物育種正在發生革命性的變化。 在這裡，黃三文等人提出了一個「基因組編輯作物」（GECs）精確育種的監管框架，使社會可以充分受益於植物遺傳學和基因組學的最新進展。

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

10.番茄風味形成機制——為培育美味番茄提供技術藍圖（2017年，引用次數23次）

番茄是世界第一大蔬菜作物，根據世界糧農組織統計，2014年全球番茄產值是962.8億美元，在蔬菜和水果中居於首位。我國以鮮食番茄為主，其風味品質更受關注，然而近年來消費者常常抱怨「現在的西紅柿越來越沒有以前的味兒了」。為了解決這一難題，基因組所黃三文研究員和佛羅里達大學Harry Klee教授組成了20人的研究團隊，歷時4年多的協同攻關，終於發現了番茄風味調控的機制，為番茄風味的改良奠定了基礎。

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

11.黃瓜性別決定的秘密（2015年，引用次數23次）

結構變異（SV）是遺傳多樣性的主要來源。然而，SV在植物基因組中的功能影響和形成機制在很大程度上仍然是未知的。在這裡，黃三文等研究組報告了核苷酸解析度的黃瓜（Cucumis sativas）SV圖譜，包括26,788個SV，基於對115個不同種質的深度重新測序。通過非同源末端重排形成黃瓜SVs的比例最大，SVs的出現與高核苷酸多態性的區域密切相關。這些SV影響1676個基因的編碼區，其中一些與黃瓜馴化有關。根據該圖，黃三文等研究組發現了一個拷貝數變異（CNV），涉及到定義雌（F）基因座的四個基因，並且引起雌性黃瓜植物，它們幾乎在每個節點上都只有雌花，結實果實。 SV集提供了植物結構變異的快照，並將作為探索關鍵性狀的基因以及促進黃瓜實際育種的重要資源。

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

12.番茄節律的發現（2016年，引用次數18次）

生物鐘是植物生理和發育的關鍵調控者，控制作物的主要農業性狀。 此外，晝夜節律的自然變化對於局部適應是重要的。 然而，由於人工選擇的晝夜節律的定量調節尚未被報道。 在這裡，Gómez等研究組表明，馴化番茄（Solanum lycopersicum）的晝夜節律減慢。 擬南芥基因EID1的番茄同源物的等位變異負責相位延遲。 值得注意的是，含有EID1的基因組區域顯示出選擇性調控的特徵。 Gómez等研究組發現栽培西紅柿中的EID1等位基因特別是在長日照的光周期下增強了植物的表現，這表明人類選擇較慢的晝夜節律來使栽培物種適應在它離開赤道時所遇到的漫長夏季。

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

13.黃瓜苦味進一步探索（2016年，引用次數4次）

在密切相關的植物物種中，次生代謝產物譜的分化提供了揭示生物合成途徑和調控迴路的線索，這個領域仍然在研究中。葫蘆素是苦瓜和高度氧化的四環三萜類化合物，主要由葫蘆科植物產生。這些化合物具有相似的結構，其抗腫瘤活性，但是生理生物學作用不同。通過對黃瓜，甜瓜和西瓜基因組的比較分析，黃三文研究組發現了編碼不同葫蘆素代謝基因的保守位點。黃三文研究組還發現了調控葫蘆素組織特異性生物合成的轉錄因子的同線性基因簇，並且可能賦予與野生葫蘆馴化有關的苦味表型喪失相關。這項研究說明了利用比較基因組學來鑒定控制結構相關但獨特的天然產物的生物合成的酶和轉錄因子的潛力。

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

14.基因組所科學家多組學研究揭示番茄品質的化學基礎 ——為培育美味品種提供新工具

該研究利用多重組學的大數據，揭示了在馴化和育種過程中番茄果實的營養和風味物質發生的變化，並發現了調控這些物質的重要遺傳位點，為植物代謝物的分子機理研究提供了源頭大數據和方法創新。同時，該研究結果為番茄果實風味和營養物質的遺傳調控和全基因組設計育種提供了路線圖。Cell同期發表了美國科學院院士、康奈爾大學教授James Giovannoni題為「番茄多組學揭示作物馴化和改良的影響」的評述文章，認為：該項研究加深了對作物品質化學的科學認識，將推動高品質品種培育，最終消費者能夠從風味更佳、營養更好的食品供應中得利。

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

注：如果有不全，iNature再次表示歉意；引用次數參考Web of Science網站。另外，部分解析中國農科院官網的介紹。

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黃三文，研究員，博士生導師

研究領域包括植物基因組學、蔬菜分子生物學和分子育種研究，主要致力於構建蔬菜全基因組設計育種的理論和方法體系，打通"從基因組到新品種"的技術通路。回國後先後主持了科技部、農業部和國家自然科學基金委項目10餘項，擔任國家"973"項目"主要蔬菜重要品質性狀形成的遺傳機理與分子改良"首席科學家，2012年獲得國家傑出青年科學基金資助。2005年獲中國國家留學基金管理委員會頒發的"國家優秀留學生獎學金"，2007年獲"國家科技進步二等獎"，2011年獲得科技部頒發的"十一五國家科技計劃執行優秀團隊獎"，2012年獲得中國園藝學會頒發的"華耐園藝科技獎"。在國際植物基因組學界具有較大的影響。在Nature，Science及Cell等雜誌上發表約100篇文章。

擔任國際黃瓜基因組計劃的首席科學家，也是國際馬鈴薯基因組測序協作組執委和國際茄科基因組研究協作組織的共同主席。組織了Plant Genome Evolution Conference (2011，荷蘭阿姆斯特丹)以及國際茄科和葫蘆科基因組2011年聯會(SOL&ICUGI 2011，日本筑波)。2009年受邀在美國康乃爾大學Boyce-Thompson植物研究所、加州大學戴維斯分校、威斯康星大學做黃瓜和馬鈴薯基因組研究報告，2011年受邀在美國植物生物學年會(ASPB 2011)做《馬鈴薯和黃瓜的基因組學研究進展》的大會報告。擔任《Journal of Integrative Plant Biology》、《Euphytica》(國際植物育種學報)和《農業生物技術學報》編委。

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