近日，《Advancedscience》雜志在線發(fā)表了農(nóng)學(xué)院宋衛(wèi)寧教授團(tuán)隊(duì)題為《Genomic and Phenotypic Divergence in Wild Barley Driven by Micro-geographic Adaptation》的研究文章。農(nóng)學(xué)院已畢業(yè)博士生卞建新和江西農(nóng)業(yè)大學(xué)青年教師崔立操為論文共同第一作者，聶小軍副教授、宋衛(wèi)寧教授為共同通訊作者。
該研究以土壤微環(huán)境的生態(tài)選擇及其適應(yīng)性進(jìn)化為切入點(diǎn)，選取采自以色列Alma–Har-Ben-Zimra地區(qū)，生長(zhǎng)在物理距離緊鄰的火山巖（Basalt）和石灰?guī)r（Chalk）土壤中的野生大麥為研究對(duì)象，首先運(yùn)用生態(tài)學(xué)經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)方法——同質(zhì)園和相互移栽（transplanting）試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)大麥群體在形態(tài)和農(nóng)藝性狀上已經(jīng)發(fā)生顯著分化，生長(zhǎng)在原生境土壤中的農(nóng)藝性狀均優(yōu)于非原生境土壤，顯示它們間發(fā)生了遺傳適應(yīng)度分化；進(jìn)一步整合全基因組重測(cè)序和群體轉(zhuǎn)錄組測(cè)序數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，這兩個(gè)群體起源于同一祖先群，并在大約3.25萬(wàn)年前發(fā)生了分歧，形成了具有不同的群體結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)進(jìn)化關(guān)系以及遺傳多樣性；最后，基于基因組選擇消除分析，鑒定到多個(gè)受選擇基因，結(jié)合受選擇基因的表達(dá)水平以及土壤理化性質(zhì)，發(fā)掘鑒定到了一系列具有重要功能的適應(yīng)性基因，揭示了土壤生態(tài)差異是造成這兩個(gè)群體分化的主要驅(qū)動(dòng)力。最重要的是，發(fā)現(xiàn)適應(yīng)性基因HvMOR通過(guò)調(diào)控大麥的根型來(lái)適應(yīng)火山巖（Basalt）和石灰?guī)r（Chalk）兩種不同土壤，是野生大麥對(duì)土壤微環(huán)境適應(yīng)性進(jìn)化的關(guān)鍵基因。
該研究通過(guò)土壤微環(huán)境這個(gè)模式，找到了野生大麥為適應(yīng)不同土壤環(huán)境而進(jìn)化形成的一系列表型性狀，鑒定出局部環(huán)境差異所導(dǎo)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(duì)特異微環(huán)境的適應(yīng)是驅(qū)動(dòng)表型分化與基因組分化的動(dòng)力，最終建立遺傳變異與環(huán)境差異的直接聯(lián)系。在表型、基因型和轉(zhuǎn)錄表達(dá)等多個(gè)層次解析了野生大麥微環(huán)境適應(yīng)性進(jìn)化的分子機(jī)理，為同域物種形成理論提供了最直接的證據(jù)，也為揭示物種多樣性的來(lái)源及植物變異的基礎(chǔ)提供了重要信息。同時(shí)，為深入解析根系等關(guān)鍵農(nóng)藝性狀的生物學(xué)基礎(chǔ)和進(jìn)化機(jī)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(guó)家、學(xué)校有關(guān)項(xiàng)目的支持。
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202000709
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