作者:张晴丹 来源: 中国科学报 发布时间:2022-1-17
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杂草驯化成作物百年假说被证实

 

杂草黑麦(左)与栽培黑麦。 樊龙江供图

本报讯(记者张晴丹)近日,浙江大学教授樊龙江团队通过对野生、杂草和栽培类型黑麦116份种质资源进行全基因组测序和分析,为栽培黑麦是由杂草黑麦驯化而来提供了直接证据,极大丰富了作物起源理论。该研究同时挖掘了大量黑麦驯化与遗传改良基因位点,为黑麦及小麦遗传育种提供了重要基因资源。相关研究发表于《分子植物》。

苏联遗传学家瓦维洛夫1917年提出次生作物起源假说(即部分作物直接驯化自杂草而非野生祖先种),认为栽培黑麦是由小麦田杂草之一 ——杂草黑麦驯化而来。基因组数据是揭示黑麦次生起源、驯化选择机制最为直接和有效的证据,但由于黑麦基因组的复杂性,黑麦属全基因组遗传变异图谱一直不清楚。樊龙江团队基于群体基因组数据,分析了黑麦种群遗传结构、动态历史模拟等,证实了栽培黑麦由杂草黑麦驯化而来。

此前该团队研究证实杂草进入农田后,受到人类一种无意识选择(不断清除过程),杂草株型(特别在苗期)逐步变得更加像作物,即拟态作物。直接选择株型与作物相似的农田杂草(而不是野生种)作为驯化对象,可以减少株型等性状的驯化过程。本研究是上述研究的延续,从而补齐了作物杂草起源假说的另一个关键证据。

栽培黑麦属于禾本科小麦族黑麦属,与大麦、小麦亲缘关系较近,往往作为远缘杂交材料被用于小麦育种。由于黑麦抗寒、抗病虫及抗逆性强,植株高大,耐贫瘠、酸性土壤,可作为粮饲兼用的作物,同时也是小麦育种重要异源基因的供体。黑麦属的分类有过多种主张,目前认为黑麦属可分为一年生野生自交授粉的森林黑麦、多年生野生异交授粉的山地黑麦和一年生普通黑麦。其中栽培黑麦为普通黑麦的一个亚种,瓦维洛夫黑麦是栽培黑麦的假定野生祖先,其余亚种被认为是杂草黑麦。表型上,杂草黑麦与栽培黑麦非常相似,但与栽培黑麦相比,抽穗期较晚、株高较矮、千粒重较轻。

该研究还发现,栽培黑麦从杂草黑麦驯化过程中,控制株高、断穗、产量及抗病等279个基因位点受到选择;黑麦属内持续的基因流动可能对黑麦的驯化产生影响,如在6个栽培黑麦中chr6R染色体有长度为2Mb的片段是来自多年生野生的山地黑麦的渗入,且该渗入片段中携有与产量、育性等重要性状相关的基因。

相关论文信息:

https://doi.org/10.1016/j.molp.2021.12.015

《中国科学报》 (2022-01-17 第1版 要闻)
 
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