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浙大農學院樊龍江團隊撰文揭示全球水稻趨同野化進化機制

編輯:傅煒琳 來源:農業與生物技術學院辦公網 時間:2020年03月30日 訪問次數:110  源地址


 浙江大學農業與生物技術學院樊龍江教授領導的一個國際研究團隊,通過對全球稻區雜草稻(俗稱鬼稻)材料采集與分析,發現水稻在世界各稻區均存在野化去馴化的現象,并提供了全球水稻趨同野化的基因組特征。相關研究成果Diverse genetic mechanisms underlie worldwide convergent rice feralization”近日在線發表在國際知名學術期刊《Genome Biologyhttps://genomebiology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13059-020-01980-x這是首次全球范圍的調查研究,研究成果對水稻進化、資源利用和雜草稻防控具有重要意義。


 樊龍江教授領導的團隊共收集來自16個國家的524份雜草稻材料,涵蓋全球各大洲主要稻區(圖1)。通過基因組重測序,獲得了這些材料的全基因組水平變異,進而結合已有當地栽培稻和野生稻基因組數據資源,合計1000多份個體材料開展了群體遺傳學分析。


1 全球稻區雜草稻材料采集地區和數量分布

 野化”(feralization去馴化(de-domestication是生物界經常發生的一個遺傳現象是指栽培作物和家養牲畜家禽等從人工(業)環境回歸自然環境恢復野生特征。目前對作物進化的研究大多都集中于作物的馴化起源,即野生植物被人工選擇的進化過程對 “去馴化”的進化研究鮮有報道。樊龍江團隊2017年首次報道了中國稻區發生大規模水稻去馴化的基因組證據(Qiu et al., 2017. Nature Communications)。該研究是在此基礎上,進一步對全球范圍稻區的雜草稻進行調查研究。

 雜草稻目前已成為世界性的稻田惡性雜草,在亞洲、南美洲等稻區大面積分布,嚴重危害全球水稻生產。由于近年來直播稻的推廣,我國稻區雜草稻大面積發生,且日趨嚴重,特別是江蘇、廣東、遼寧和寧夏等地。雜草稻已成為我國稻田雜草中除稗草外最嚴重的雜草之一。雜草稻經過環境適應進化,具備落粒特征,種子成熟即散落田間,然后來年隨水稻耕作生長季節與栽培稻伴生。由于其遺傳背景與栽培稻極其相似,除草劑難以根除,給水稻生產帶來極大影響。

 該研究獲得最重要發現是全球稻區發生的野化水稻雜草稻都來自栽培稻。除了在少數地區存在少量野生稻遺傳滲入(如馬來西亞和我國南方等野生稻分布區域),目前的雜草稻均來自栽培稻的去馴化過程而最有趣的結果是發現水稻非常近代(水稻矮化育種之后)發生去馴化的證據。研究發現,水稻去馴化過程是一個持續的過程,在各地歷史上持續多次發生,甚至有些發生綠色革命——矮化育種之后。例如,江蘇、浙江等地區大量雜草稻材料,起源自上世紀80年代江蘇地區主要推廣品種“南京11”(圖2)。同時,這樣的主要起源品種(founder)還在韓國等地發現

3亞洲雜草稻群體來源于若干主要栽培稻品種(founder)。右圖包括其中一個起源品種——“南京11”的選育系譜(上)及其27份雜草稻材料(分別來自江蘇、浙江和廣州)的系統發育關系(下)


農業與生物技術學院作物科學研究所邱杰博士(現任教上海師范大學)、博士生賈磊和吳東亞為論文共同第一作者,樊龍江教授和美國華盛頓大學Kenneth Olsen教授為通訊作者。來自中國、美國、巴西、意大利、日本、澳大利亞、馬來西亞、菲律賓等國內外12個研究團隊參與了該研究。該研究得到國家自然科學基金的項目資助。

(作物所供稿)



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