作者:李晨 来源:中国科学报 发布时间:2020/3/28 17:22:37
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全球水稻去驯化、趋同野化的证据找到了

 

 全球稻区杂草稻与当地栽培稻和野生稻群体结构分析结果。图片来源:《基因组生物学》

近日,开放获取期刊《基因组生物学》(Genome Biology)在线发表了全球首次杂草稻调查研究结果。浙江大学教授樊龙江领导的一个国际研究团队,通过对全球稻区杂草稻(俗称鬼稻)材料采集与分析发现,水稻在世界各稻区均存在野化或去驯化的现象,并描绘了野化水稻的基因组特征。该成果对水稻进化、资源利用和杂草稻防控具有重要意义。

“野化”(feralization)或去驯化(de-domestication)是生物界经常发生的一个遗传现象,是指栽培作物和家养牲畜家禽等从人工(农业)环境回归自然环境,恢复野生特征。目前对作物进化的研究大多都集中于作物的驯化起源,即野生植物被人工选择的进化过程,对“去驯化”现象的研究鲜有报道。

杂草稻目前已成为世界性的稻田恶性杂草,在亚洲、南美洲等稻区大面积分布,严重危害全球水稻生产。杂草稻已成为我国稻田除稗草外,最严重的杂草之一。杂草稻种子成熟即散落田间,来年随水稻耕作生长季节与栽培稻伴生。由于其遗传背景与栽培稻极其相似,除草剂难以根除,给水稻生产带来极大影响。

该团队共收集了来自16个国家的524份杂草稻材料,涵盖各大洲主要稻区。通过基因组重测序,获得了这些材料的全基因组水平变异,结合当地栽培稻和野生稻基因组数据资源,共计1000多份个体材料用于其群体遗传学分析。

通过分析,他们发现,全球稻区发生的野化水稻(杂草稻)都来自栽培稻。除了在少数地区存在野生稻遗传渗入现象(如马来西亚和我国南方等野生稻分布区域),绝大多数杂草稻均来自栽培稻的去驯化过程。

在全球稻区,特别在南美稻区,他们发现大量杂交起源的杂草稻,即不同杂草稻之间或杂草稻与栽培稻之间发生杂交。南美稻区主要是籼型杂草稻和秋稻(aus)之间的杂交,导致杂草稻同样获得了除草剂抗性。

基因组选择信号分析发现,全球不同地区杂草稻基因组在野化过程中,受到选择的区域与栽培水稻的驯化选择区域重叠率很低。这说明水稻的野化过程更多是通过改变基因组非驯化区间完成的。全球部分杂草稻与水稻遗传分化明显,明显有别于当地水稻和整个水稻遗传资源池,由此为水稻育种提供了珍贵的遗传资源。

该团队还发现,全球不同地区杂草稻存在一个共同的强烈基因组分化区域,即7号染色体一个0.5Mb区间。该区域包括与种子休眠、抗性相关基因等,对杂草稻环境适应非常重要。此外,休眠性相关基因经历平行进化,在粳型杂草稻和栽培稻间分化明显,可能在不同杂草稻群体野化过程中扮演重要作用。

相关论文信息:https://doi.org/10.1186/s13059-020-01980-x

 
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