小麥是人類歷史上最成功的作物之一，它起源于新月沃地一個(gè)狹小的核心區(qū)域，一萬(wàn)年間，從地區(qū)性的野生植物迅速轉(zhuǎn)變成為全球種植面積最廣的作物之一，在多種多樣的環(huán)境下為人類提供大量的碳水化合物和蛋白質(zhì)。然而，小麥對(duì)自然環(huán)境和人類糧食需求兩方面同時(shí)適應(yīng)的遺傳機(jī)制尚不清楚，理解小麥適應(yīng)性進(jìn)化對(duì)氣候變化條件下小麥遺傳育種研究和穩(wěn)定生產(chǎn)具有重要價(jià)值。
10月26日，中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所研究員魯非、焦雨鈴團(tuán)隊(duì)合作，在Nature Genetics在線發(fā)表題為T(mén)riticum population sequencing provides insights into wheat adaptation的研究論文。該研究對(duì)小麥屬和粗山羊草屬的25個(gè)小麥近緣亞種共414份材料進(jìn)行全基因組測(cè)序，構(gòu)建小麥屬全基因組遺傳變異圖譜（VMap 1.0）。研究發(fā)現(xiàn)，來(lái)自小麥近緣種的復(fù)合基因滲入貢獻(xiàn)小麥基因組的4%~32%，增加了小麥的遺傳多樣性，使其在世界范圍內(nèi)具有廣泛的環(huán)境適應(yīng)性（如圖）。同時(shí)，該研究還發(fā)現(xiàn)不同倍性、不同地域的小麥屬品種，甚至整個(gè)禾本科作物，已在長(zhǎng)期的人工選擇過(guò)程中在全基因組水平上產(chǎn)生趨同進(jìn)化的特征，在平行的選擇事件中，共同受到選擇的基因相對(duì)于隨機(jī)條件下產(chǎn)生2~16倍的富集，部分同源基因反復(fù)經(jīng)歷獨(dú)立的人工選擇，成為小麥在不同環(huán)境下塑造重要農(nóng)藝性狀、保持產(chǎn)量穩(wěn)定的關(guān)鍵。
該研究在作物中首次實(shí)現(xiàn)屬內(nèi)全基因組遺傳變異挖掘，小麥屬全基因組遺傳變異圖譜（VMap）將對(duì)小麥遺傳育種工作起促進(jìn)作用。研究結(jié)果說(shuō)明增加作物遺傳多樣性對(duì)于應(yīng)對(duì)氣候變化威脅、保障糧食安全的重要意義；證明進(jìn)化限制對(duì)物種性狀形成的重要影響，闡明利用適應(yīng)性進(jìn)化基因進(jìn)行跨物種遺傳研究的潛力，為加速小麥和其他作物的遺傳改良提供全新思路。
該研究由魯非研究組和焦雨鈴研究組合作完成。魯非組博士生趙學(xué)博和已出站博士后周姚為論文的共同第一作者。該研究得到中科院植物研究所研究員郭亞龍，遺傳發(fā)育所研究員劉志勇、副研究員鄭樹(shù)松、研究員張相岐和研究員傅向東，美國(guó)加州大學(xué)歐文分校博士周永鋒，以及國(guó)際馬鈴薯研究中心博士Philip Kear的建議與幫助。研究工作得到中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)種子精準(zhǔn)設(shè)計(jì)與創(chuàng)造、國(guó)家自然科學(xué)基金和中國(guó)博士后科學(xué)基金的資助。
小麥屬主要亞種遺傳多樣性變化及面包小麥遺傳多樣性恢復(fù)的模型
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