近日，《Advancedscience》雜誌在線發表了農學院宋衛寧教授團隊題為《Genomic and Phenotypic Divergence in Wild Barley Driven by Micro-geographic Adaptation》的研究文章。農學院已畢業博士生卞建新和江西農業大學青年教師崔立操為論文共同第一作者，聶小軍副教授、宋衛寧教授為共同通訊作者。
該研究以土壤微環境的生態選擇及其適應性進化為切入點，選取採自以色列Alma–Har-Ben-Zimra地區，生長在物理距離緊鄰的火山巖（Basalt）和石灰巖（Chalk）土壤中的野生大麥為研究對象，首先運用生態學經典的實驗方法——同質園和相互移栽（transplanting）試驗，發現這兩個大麥群體在形態和農藝性狀上已經發生顯著分化，生長在原生境土壤中的農藝性狀均優於非原生境土壤，顯示它們間發生了遺傳適應度分化；進一步整合全基因組重測序和群體轉錄組測序數據發現，這兩個群體起源於同一祖先群，並在大約3.25萬年前發生了分歧，形成了具有不同的群體結構、系統進化關係以及遺傳多樣性；最後，基於基因組選擇消除分析，鑑定到多個受選擇基因，結合受選擇基因的表達水平以及土壤理化性質，發掘鑑定到了一系列具有重要功能的適應性基因，揭示了土壤生態差異是造成這兩個群體分化的主要驅動力。最重要的是，發現適應性基因HvMOR通過調控大麥的根型來適應火山巖（Basalt）和石灰巖（Chalk）兩種不同土壤，是野生大麥對土壤微環境適應性進化的關鍵基因。
該研究通過土壤微環境這個模式，找到了野生大麥為適應不同土壤環境而進化形成的一系列表型性狀，鑑定出局部環境差異所導致的野生大麥基因組序列的變異和分化，闡明了野生大麥對特異微環境的適應是驅動表型分化與基因組分化的動力，最終建立遺傳變異與環境差異的直接聯繫。在表型、基因型和轉錄表達等多個層次解析了野生大麥微環境適應性進化的分子機理，為同域物種形成理論提供了最直接的證據，也為揭示物種多樣性的來源及植物變異的基礎提供了重要信息。同時，為深入解析根系等關鍵農藝性狀的生物學基礎和進化機制提供了新途徑，為麥類作物分子育種和遺傳改良提供重要參考。
本研究得到了國家、學校有關項目的支持。
論文連結：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202000709