浙大農(nóng)學(xué)院樊龍江團隊撰文揭示全球水稻趨同野化進化機制
?浙江大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院樊龍江教授領(lǐng)導(dǎo)的一個國際研究團隊，通過對全球稻區(qū)雜草稻（俗稱鬼稻）材料采集與分析，發(fā)現(xiàn)水稻在世界各稻區(qū)均存在野化或去馴化的現(xiàn)象，并提供了全球水稻趨同野化的基因組特征。相關(guān)研究成果“Diverse genetic mechanisms underlie worldwide convergent rice feralization”近日在線發(fā)表在國際知名學(xué)術(shù)期刊《Genome Biology》（https://genomebiology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13059-020-01980-x）。這是首次全球范圍的調(diào)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(lǐng)導(dǎo)的團隊共收集了來自16個國家的524份雜草稻材料，涵蓋全球各大洲主要稻區(qū)（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(jié)合已有當?shù)卦耘嗟竞鸵吧净蚪M數(shù)據(jù)資源，合計1000多份個體材料開展了群體遺傳學(xué)分析。
圖1 全球稻區(qū)雜草稻材料采集地區(qū)和數(shù)量分布
?“野化”（feralization）或去馴化（de-domestication）是生物界經(jīng)常發(fā)生的一個遺傳現(xiàn)象，是指栽培作物和家養(yǎng)牲畜家禽等從人工（農(nóng)業(yè)）環(huán)境回歸自然環(huán)境，恢復(fù)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(qū)發(fā)生大規(guī)模水稻去馴化的基因組證據(jù)（Qiu et al., 2017. Nature Communications）。該研究是在此基礎(chǔ)上，進一步對全球范圍稻區(qū)的雜草稻進行了調(diào)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(qū)大面積分布，嚴重危害全球水稻生產(chǎn)。由于近年來直播稻的推廣，我國稻區(qū)雜草稻大面積發(fā)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(jīng)過環(huán)境適應(yīng)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(jié)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(chǎn)帶來極大影響。
?該研究獲得最重要發(fā)現(xiàn)是全球稻區(qū)發(fā)生的野化水稻（雜草稻）都來自栽培稻。除了在少數(shù)地區(qū)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(qū)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(jié)果是發(fā)現(xiàn)水稻非常近代（水稻矮化育種之后）發(fā)生去馴化的證據(jù)。研究發(fā)現(xiàn)，水稻去馴化過程是一個持續(xù)的過程，在各地歷史上持續(xù)多次發(fā)生，甚至有些發(fā)生綠色革命——矮化育種之后。例如，江蘇、浙江等地區(qū)大量雜草稻材料，起源自上世紀80年代江蘇地區(qū)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(fā)現(xiàn)。
圖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）及其與27份雜草稻材料（分別來自江蘇、浙江和廣州）的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系（下）
農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院作物科學(xué)研究所邱杰博士（現(xiàn)任教上海師范大學(xué)）、博士生賈磊和吳東亞為該論文共同第一作者，樊龍江教授和美國華盛頓大學(xué)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(nèi)外12個研究團隊參與了該研究。該研究得到國家自然科學(xué)基金的項目資助。
（作物所供稿）
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