長く読まれているゴーヤ()ゲノムと非古典的な家畜化のゲノム・アーキテクチャ

Long-read bitter gourd () genome and the genomic architecture of nonclassic domestication.

• Hideo Matsumura
• Min-Chien Hsiao
• Ya-Ping Lin
• Atsushi Toyoda
• Naoki Taniai
• Kazuhiko Tarora
• Naoya Urasaki
• Shashi S Anand
• Narinder P S Dhillon
• Roland Schafleitner
• Cheng-Ruei Lee

抄録

量的形質の遺伝的構造はメンデル的要因と多遺伝子的要因の両方によって決定されるが、古典的な植物の家畜化の例では、新たに変異したメンデル遺伝子の選択的掃引に焦点が当てられていた。本研究では、非古典的な家畜化の例として、アジアの重要な野菜・薬用植物であるゴーヤ（Cucurbitaceae, Cucurbitaceae）の染色体レベルでのゲノムアセンブリとゲノム調査を報告する。その結果、約6,000年前に野生品種と南アジア品種との間で分岐が見られ、その後約800年前に東南アジア品種が分離し、後者の方が野生の子孫からの形質の極端な分岐を示し、果実形質の選択の兆候が強く見られた。ゴーヤでは、野生種と栽培種の間で最も大きな表現型の変化や選択の痕跡が見られた作物とは異なり、2つの地域の栽培種の間に大きな差が存在しており、各国の消費者の嗜好を反映していると考えられます。雌花の比率を高めるための育種努力にもかかわらず、ある雌花座はハプログループ間でバランスのとれた多型の複雑なパターンを示し、ハプログループ内での選択的なスイープの兆候は、人為的な選択や品種から野生への回帰を反映している可能性がある。本研究では、メンデル要因における古典的な選択的スイープに加えて、バランスのとれた選択と多遺伝子的形質構造の兆候を示す、このような非古典的な家畜化の例を調査することの重要性を強調している。

The genetic architecture of quantitative traits is determined by both Mendelian and polygenic factors, yet classic examples of plant domestication focused on selective sweep of newly mutated Mendelian genes. Here we report the chromosome-level genome assembly and the genomic investigation of a nonclassic domestication example, bitter gourd (), an important Asian vegetable and medicinal plant of the family Cucurbitaceae. Population resequencing revealed the divergence between wild and South Asian cultivars about 6,000 y ago, followed by the separation of the Southeast Asian cultivars about 800 y ago, with the latter exhibiting more extreme trait divergence from wild progenitors and stronger signs of selection on fruit traits. Unlike some crops where the largest phenotypic changes and traces of selection happened between wild and cultivar groups, in bitter gourd large differences exist between two regional cultivar groups, likely reflecting the distinct consumer preferences in different countries. Despite breeding efforts toward increasing female flower proportion, a gynoecy locus exhibits complex patterns of balanced polymorphism among haplogroups, with potential signs of selective sweep within haplogroups likely reflecting artificial selection and introgression from cultivars back to wild accessions. Our study highlights the importance to investigate such nonclassic example of domestication showing signs of balancing selection and polygenic trait architecture in addition to classic selective sweep in Mendelian factors.