De volgende keer dat je in dat perfecte bijt, zoete en sappige watermeloen, je wilt misschien beseffen dat het een product is van miljoenen jaren van evolutie in de maak.

In feite, de unieke smaken en de bijzondere eigenschappen van de plantenfamilie waaronder pompoenen, kalebassen en watermeloenen, kan te danken zijn aan een oude gebeurtenis.

De verrukkelijke vruchten van deze familie, bekend als Cucurbitaceae-planten, zijn van aanzienlijk biologisch, economisch, en agrarisch belang, met bijna 1, 000 soorten en de vierde meest winstgevende marktgewas.

Onlangs, wetenschappers hebben grote vooruitgang geboekt in het beter begrijpen van de genomen van komkommer, watermeloen, en meloenen.

Met deze projecten afgerond, een onderzoeksteam onder leiding van Xiyin Wang, een professor aan de North China University of Science and Technology, heeft de eerste grote vergelijkende genomics-verkenning van hun genoomstructuren en evolutie uitgevoerd.

Na het reconstrueren van evolutionaire bomen en uitgebreide vergelijkingen van gemeenschappelijke genen tussen Cucurbitaceae-planten, onverwacht, het onderzoeksteam heeft het eerste bewijs gevonden van een oude duplicatie van het hele genoom. Deze door komkommerachtigen voorkomende verdubbeling van chromosomen (tetraploïdisatie) vond plaats na een verdrievoudiging van een bloeiende plant (eudicot) (hexaploïdie) zo'n 107-118 miljoen jaar geleden (Mya), die alle Cucurbitaceae en kerneudicot-planten aantastte.

"Deze herhaalde genoomduplicatiegebeurtenissen worden voorgesteld als antwoord op de snelle divergentie en het succes van zaad- en bloeiende planten op deze planeet, " zei Wang, de corresponderende auteur van de studie. "Dit kan een sleutelfactor zijn waarom planten genomen herbergen die veel complexer zijn dan die van dieren. dit kan een gevolg zijn van natuurlijke selectie dat planten harde omgevingsfactoren moeten doorstaan ​​in een nis zonder enige beschutting. Daarom, aan te passen aan een veranderende omgeving, ze moeten relatief snelle functionele innovaties ontwikkelen binnen hun genoom."

"Polyploïdisaties zoals degene die we in onze studie hebben laten zien, produceren vaak duizenden gedupliceerde genen, en talrijke chromosomale herschikkingen, zelfs het herpatroon van het hele genoom, en daaropvolgende DNA-mutaties, die allemaal enorme genomische mogelijkheden bieden om te volstaan ​​met functionele innovaties. Dit beantwoordt zelfs het 'afschuwelijke mysterie' van Charles Darwin:het ontstaan ​​en de snelle divergentie van bloeiende planten in slechts enkele miljoenen jaren."

In aanvulling, druiven gebruiken als een uitbijtergroep voor hun vergelijkende studie (die eerder uiteenliep), ze schatten ook grote evolutionaire divergentietijden. Ze schatten dat cucurbitplanten van druif ~121-145 Mya, watermeloen gesplitst van komkommer en meloen ~25-29 Mya, en meloen en komkommer split ~14-16 Mya.

De identificatie van de chromosoomverdubbelingsgebeurtenis diende om de basis te leggen voor de uitbreiding van belangrijke functionele genfamilies die elk hun unieke eigenschappen geven, vooral voor nieuwe genfuncties, de regulatie van het metabolisme, bitterheid, en ziekteresistentie. In de gesequenced genomen vergelijkende analyse, komkommers bleken de meeste resistentiegenen te hebben (804), die varieerde van 37-666 exemplaren in verschillende families. Deze genomische gebeurtenissen omvatten mechanismen zoals genverlies, chromosomale herschikkingen, en functionele divergentie in deze belangrijke botanische familie.

Ze waren ook in staat om de evolutiesnelheid tussen verschillende komkommerplanten te meten en ontdekten dat meloenen het langzaamst evolueren, met watermeloen en komkommer sneller met 23,6% en 27,4%, respectievelijk.

Hun analyse zette een gouden standaard op, die zal bijdragen aan het ontcijferen van nieuw gesequenced complexe genomen, vooral, van planten.

Het onderzoek van het team zal ook dienen ter ondersteuning van toekomstige studies in de Cucurbitaceae-onderzoeksgemeenschap, bijv. resistentie tegen ziekten en plagen in de landbouw, en verder.