Nästa gång du biter i det perfekta, söt och saftig vattenmelon, du kanske vill uppskatta att det är en produkt av miljontals år av utveckling under utveckling.

Faktiskt, de unika smakerna och de speciella egenskaperna hos växtsläkten som innehåller pumpor, kalebasser och vattenmeloner, kan tacka sig för en gammal händelse.

De härliga frukterna av denna familj, känd som Cucurbitaceae -växter, är av betydande biologisk ekonomisk, och jordbrukets betydelse, med nästan 1, 000 arter och den fjärde mest lönsamma kontantgrödan.

Nyligen, forskare har gjort stora framsteg i bättre förståelse med genomerna som sekvenseras av gurka, vattenmelon, och meloner.

Med dessa projekt genomförda, ett forskargrupp som leds av Xiyin Wang, professor vid North China University of Science and Technology, har utfört den första stora jämförande genomiska utforskningen av deras genomstrukturer och utveckling.

Efter rekonstruktion av evolutionära träd och omfattande jämförelser av vanliga gener mellan Cucurbitaceae -växter, oväntat, forskargruppen har hittat det första beviset på en uråldrig dubbelhändelse. Denna cucurbit-vanliga fördubbling av kromosomer (tetraploidisering) inträffade efter en blommande växts (eudikot) tredubbling (hexaploidy) för cirka 107-118 miljoner år sedan (Mya), som påverkade alla Cucurbitaceae och kärn eudikotväxter.

"Dessa upprepade genomdupliceringshändelser föreslås svara för den snabba divergensen och framgången för frö och blommande växter på denna planet, "sa Wang, motsvarande författare till studien. "Detta kan vara en nyckelfaktor i varför växter har genomer som är mycket mer komplexa än hos djur. Egentligen, detta kan vara ett resultat av det naturliga urvalet att växter måste stå emot hårda miljöfaktorer i en nisch utan skydd. Därför, anpassas till en föränderlig miljö, de måste utveckla relativt snabba funktionella innovationer inom sina genomer. "

"Polyploidiseringar som de vi har visat i vår studie ger ofta tusentals dubblerade gener, och många kromosomala omläggningar, till och med helgenoms ombildning, och efterföljande DNA -mutationer, som alla ger enorma genomiska möjligheter att räcka till funktionella innovationer. Detta svarar till och med Charles Darwins "avskyvärda mysterium" - blommande växters ursprung och snabba avvikelse på bara flera miljoner år. "

Dessutom, använder druvor som en outlier -grupp för sin jämförande studie (som divergerade tidigare), de uppskattade också stora evolutionära avvikelsestider. De uppskattar att cucurbit-växterna skiljer sig från druva ~ 121-145 Mya, vattenmelon splittrad från gurka och melon ~ 25-29 Mya, och melon och gurka delas ~ 14-16 Mya.

Identifieringen av kromosomfördubblingshändelsen tjänade till att lägga grunden för expansionen av viktiga funktionella genfamiljer som ger var och en sina unika egenskaper, särskilt för nya genfunktioner, regleringen av ämnesomsättningen, bitterhet, och sjukdomsresistens. I de sekvenserade genomerna jämförande analys, gurkor visade sig ha flest resistensgener (804), som varierade från 37-666 exemplar i olika familjer. Dessa genomiska händelser inkluderar mekanismer som genförlust, kromosomala omläggningar, och funktionell divergens i denna viktiga botaniska familj.

De kunde också mäta utvecklingshastigheten bland olika cucurbit -växter och fann att meloner utvecklas långsammast, med vattenmelon och gurka snabbare med 23,6% och 27,4%, respektive.

Deras analys satte upp en guldstandard, vilket kommer att bidra till att dechiffrera nysekvenserade komplexa genomer, framförallt, av växter.

Teamets forskning kommer också att stödja framtida studier inom forskningssamhället Cucurbitaceae, t.ex., sjukdom och skadedjursresistens i jordbruksodling, och vidare.