【學術前沿】中科院遺傳發育所魯非/焦雨鈴合作開發小麥屬全基因組...

2021-01-11 澎湃新聞
【學術前沿】中科院遺傳發育所魯非/焦雨鈴合作開發小麥屬全基因組遺傳變異圖譜，揭示小麥適應性進化關鍵…

2020-10-28 17:23 來源：澎湃新聞·澎湃號·政務

麵包小麥在大約10,000年內將其棲息地從新月沃土的核心區域擴展到了全球環境。這種非凡的進化成功的遺傳機制尚未得到很好的理解。

2020年10月26日，中國科學院遺傳與發育生物學研究所魯非和焦雨鈴團隊合作在Nature Genetics在線發表了題為Triticum population sequencing provides insights into wheat adaptation的研究論文,該研究對小麥屬和粗山羊草屬的25個小麥近緣亞種共414份材料進行全基因組測序(圖1)，構建了小麥屬全基因組遺傳變異圖譜（VMap 1.0）。這些結果表明了小麥作為全球作物的遺傳必要性，並為跨物種轉移適應性成功以改善作物提供了新的視角。

小麥是人類歷史上最為成功的作物之一，它起源於新月沃地一個狹小的核心區域，在短短的一萬年間，從地區性的野生植物迅速轉變成為全球種植面積最廣的作物，在多種多樣的環境下為人類提供大量的碳水化合物和蛋白質。小麥對自然環境和人類糧食需求兩方面同時成功適應的遺傳機制尚不清楚，充分理解小麥適應性進化對氣候變化條件下小麥遺傳育種研究和穩定生產具有重要價值。

圖1.本研究中的小麥樣品的地理分布

該研究發現來自小麥近緣種的複合基因滲入貢獻了小麥基因組的4%~32%，極大地增加了小麥的遺傳多樣性，使其在世界範圍內具有廣泛的環境適應性（圖2）。同時，該研究還發現不同倍性、不同地域的小麥屬品種，甚至整個禾本科作物，已經在長期的人工選擇過程中在全基因組水平上產生了趨同進化的特徵，在平行的選擇事件中，共同受到選擇的基因相對於隨機條件下產生了2～16倍的富集，部分同源基因反覆經歷獨立的人工選擇，成為小麥在不同環境下塑造重要農藝性狀、保持產量穩定的關鍵（圖3）。

圖2. 小麥屬主要亞種遺傳多樣性變化及麵包小麥遺傳多樣性恢復的模型

圖3. 人工選擇使小麥在全基因組水平上產生了趨同進化的特徵

該研究在作物中首次實現了屬內全基因組遺傳變異挖掘，小麥屬全基因組遺傳變異圖譜(VMap)將會對小麥遺傳育種工作起到積極促進作用。研究結果一方面說明了增加作物遺傳多樣性對於應對氣候變化威脅、保障糧食安全的重要意義；另一方面證明了進化限制對物種性狀形成的重要影響，闡明了利用適應性進化基因進行跨物種遺傳研究的巨大潛力，為加速小麥和其他作物的遺傳改良提供了全新的思路。

該研究由中國科學院遺傳與發育生物學研究所魯非研究組和焦雨鈴研究組合作完成。魯非課題組博士生趙學博和已出站博士後周姚為共同第一作者。該研究得到了中科院植物所郭亞龍研究員，遺傳所劉志勇研究員、鄭樹松副研究員、張相岐研究員和傅向東研究員，加州大學歐文分校周永鋒博士，以及國際馬鈴薯研究中心Philip Kear博士的建議和幫助。該研究得到了中國科學院戰略性先導科技專項種子精準設計與創造，國家自然科學基金和博士後科學基金項目的資助。

來源：iNature

1980-2020

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原標題：《【學術前沿】中科院遺傳發育所魯非/焦雨鈴合作開發小麥屬全基因組遺傳變異圖譜，揭示小麥適應性進化關鍵機制》

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