La prossima volta che mordi quel perfetto, anguria dolce e succulenta, potresti voler apprezzare che è un prodotto di milioni di anni di evoluzione in divenire.

Infatti, i sapori unici e gli attributi speciali della famiglia di piante che include zucche, zucche e cocomeri, può essere dovuto a un evento antico.

I deliziosi frutti di questa famiglia, note come piante di Cucurbitaceae, sono di notevole importanza biologica, economico, e importanza agricola, con quasi 1, 000 specie e il quarto raccolto più redditizio.

Recentemente, gli scienziati hanno fatto grandi passi avanti nella migliore comprensione con i genomi sequenziati del cetriolo, anguria, e meloni.

Con questi progetti completati, un gruppo di ricerca guidato da Xiyin Wang, professore alla North China University of Science and Technology, ha eseguito la prima grande esplorazione genomica comparativa delle strutture e dell'evoluzione del genoma.

Dopo aver ricostruito alberi evolutivi e ampi confronti di geni comuni tra piante di Cucurbitaceae, inaspettatamente, il team di ricerca ha trovato la prima prova di un antico evento di duplicazione dell'intero genoma. Questo raddoppio dei cromosomi (tetraploidizzazione) comune alla cucurbita si è verificato dopo un evento di triplicazione (esaploidia) di una pianta da fiore (eudicot) circa 107-118 milioni di anni fa (Mya), che ha colpito tutte le Cucurbitaceae e le piante core eudicot.

"Questi ripetuti eventi di duplicazione del genoma sono proposti per rispondere alla rapida divergenza e al successo dei semi e delle piante da fiore su questo pianeta, " ha detto Wang, il corrispondente autore dello studio. "Questo potrebbe essere un fattore chiave per il motivo per cui le piante ospitano genomi molto più complessi di quelli degli animali. In realtà, questo può essere il risultato della selezione naturale che le piante devono sopportare fattori ambientali difficili in una nicchia senza alcun riparo. Perciò, per adattarsi a un ambiente che cambia, devono sviluppare innovazioni funzionali relativamente veloci all'interno dei loro genomi".

"Le poliploidizzazioni come quelle che abbiamo mostrato nel nostro studio spesso producono migliaia di geni duplicati, e numerosi riarrangiamenti cromosomici, anche il repattering dell'intero genoma, e successive mutazioni del DNA, che forniscono tutte enormi opportunità genomiche per sufficienti innovazioni funzionali. Questo risponde persino all'"abominevole mistero" di Charles Darwin:l'origine e la rapida divergenza delle piante da fiore in soli diversi milioni di anni".

Inoltre, usando l'uva come gruppo anomalo per il loro studio comparativo (che divergeva in precedenza), hanno anche stimato i principali tempi di divergenza evolutiva. Stimano che la divisione delle piante di cucurbita dall'uva ~ 121-145 Mya, anguria divisa da cetriolo e melone ~25-29 Mya, e melone e cetriolo si dividono ~14-16 Mya.

L'identificazione dell'evento di raddoppio del cromosoma è servita a gettare le basi per l'espansione delle principali famiglie di geni funzionali che conferiscono a ciascuna le proprie caratteristiche uniche, in particolare per le nuove funzioni geniche, la regolazione del metabolismo, amarezza, e resistenza alle malattie. Nell'analisi comparativa dei genomi sequenziati, si è scoperto che i cetrioli hanno il maggior numero di geni di resistenza (804), che variava da 37-666 copie in diverse famiglie. Questi eventi genomici includono meccanismi come la perdita di geni, riarrangiamenti cromosomici, e divergenza funzionale in questa importante famiglia botanica.

Sono stati anche in grado di misurare il tasso di evoluzione tra diverse piante di cucurbita e hanno scoperto che i meloni si evolvono più lentamente, con anguria e cetriolo più velocemente del 23,6% e del 27,4%, rispettivamente.

La loro analisi ha stabilito un gold standard, che contribuirà a decifrare genomi complessi appena sequenziati, specialmente, di piante.

La ricerca del team servirà anche a supportare studi futuri nella comunità di ricerca delle Cucurbitaceae, per esempio., resistenza alle malattie e ai parassiti nella coltivazione agricola, e oltre.