中外科學家首次解析小麥適應性進化機制—新聞—科學網

2020-11-30 科學網

 

卡梅爾山進化峽谷，NFS為向北坡，SFS為向南坡，

WEW為野生二粒小麥，1、2、6、7紅色標記為材料採集地  山東農大供圖

進化峽谷野生二粒小麥同域物種形成模型  山東農大供圖

生物脅迫和非生物脅迫被認為是驅動生物遺傳多樣性和新物種形成的主要成因。但在不存在地理隔離的情況下，植物是否存在適應性進化從而形成新物種，尚鮮有證據。

3月3日，美國《國家科學院院刊》（PNAS）在線發表山東農業大學與電子科技大學、以色列海法大學等團隊在小麥物種進化領域的重要突破，闡明了同域情況下野生二粒小麥生態適應性進化機制，首次搭建了生物脅迫和非生物脅迫下植物同域物種形成機制模型，同時為小麥野生種質資源的發掘利用提供了理論參考。

論文通訊作者、山東農業大學教授孔令讓介紹，除了地理隔離帶來的生態差異，微生態環境差異在地球上普遍存在。但自從1859年達爾文提出同域物種形成的概念以後，在基因流存在的情況下植物是否可以適應性進化並形成新物種，此前鮮有明確證據，這也給種質資源的充分發掘與利用帶來一定困惑。

該團隊利用基因組重測序，對以色列卡梅爾山「進化峽谷」及其周圍地區或國家的168份野生二粒小麥進行了群體遺傳學分析。結果發現，「進化峽谷」中採集的野生二粒小麥在進化樹末端新進化出三個獨立的種群，並且在向南坡30米的狹小範圍內分化出SFS1和SFS2兩個種群。進一步的群體間雜交試驗證明，SFS1群體與其他群體間雜種F1代育性出現了大幅度降低，產生合子後生殖隔離。表型與遺傳機制研究發現，同域環境下野生二粒小麥群體利用了不同的適應性策略，進而產生了不同的進化途徑。

論文第一及共同通訊作者、山東農業大學副教授王宏偉介紹，依據以上結果推斷，約3000—6000年前，進化峽谷中的祖先野生二粒小麥種群出現了種群瓶頸，遺傳漂變可能是群體分化的最初原因。

其分化產生的三個亞群為適應生態環境分別經歷了不同的進化歷程： NFS群體通過提高抗病能力適應生物脅迫；SFS2群體則通過早花規避生育後期高溫、強輻射、乾旱造成的非生物脅迫；SFS1群體直接利用耐高光強輻射適應非生物脅迫。最終通過染色體重排的發生導致亞群間產生生殖隔離。

研究得到了國家重點研究發展計劃、山東省農業良種工程等項目的資助。

相關論文信息：https://doi.org/10.1073/pnas.1920415117

 

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