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浙江大学樊龙江教授团队提出作物进化新观点:去驯化是作物进化历史的一部分

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BioArt植物 2021-02-28 14:36

责编 | 奕梵

2021年2月26日,浙江大学樊龙江教授团队在国际著名期刊Trends in Plant Science发表题为“De-Domestication: An Extension of Crop Evolution”观点文章,系统总结了目前去驯化研究进展,提出作物进化过程应该从三元结构(“野生植物→地方种→现代品种”)扩展为四元(“野生植物→地方种→现代品种→野化作物”),即增加去驯化(野化)类型作物作为作物历史的一部分。该文作为Trends in Plant Science “Feeding the World: The Future of Plant Breeding”主题专刊开篇之作,为未来作物育种提供了一个新视角。

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图1 作物进化三元结构(A)和四元结构(B)。四元结构中增加了野化类型作物作为作物历史的一部分

最近发表的一系列水稻和麦类群体基因组学研究证实了作物栽培品种普遍存在去驯化过程,其中部分野化作物成为田间恶性杂草(如杂草稻),变成原来作物品种的竞争者。同时,野化作物(包括杂草和半驯化/半野生等类型)为了适应自然环境,演化出许多新的适应性遗传机制,这为作物育种提供了难得的重要基因资源。

图2 近年来群体基因组学研究为作物去驯化遗传机制提供了新认识。A-B图:作物去驯化过程和基因组学研究方法;C图:群体基因组学研究提供的作物去驯化证据和对野化过程的新认识(如野化与驯化选择的遗传机制明显不同;作物去驯化过程持续频繁发生等)

去驯化(de-domestication)是指栽培作物或家养畜禽等回归自然生境,恢复野生特征,例如水稻恢复落粒性等。目前对作物进化的研究主要集中于人工选择起源,即野生植物被驯化和改良过程。近年来,一系列群体基因组研究证实栽培作物的去驯化过程的确会发生,且普遍、持续发生。该进化现象最早在水稻中得到证实。通过对中国和美国的杂草稻群体基因组研究,证实了杂草稻来自栽培稻,且栽培稻发生了多次去驯化进化过程(Qiu et al., 2017; Li et al., 2017)。随后,在大麦和小麦群体基因组研究也同样证实杂草大麦和半野生小麦同样来自栽培麦类作物的野化(Zeng et al., 2018; Jiang et al., 2019; Guo et al., 2020)。此外,通过全球稻区研究,均证实水稻去驯化普遍发生,且历史上多次发生,包括非常近期发生的野化事件,如矮化育种的品种同样发生野化(Qiu et al., 2020)。上述作物发生去驯化的证据主要来自两方面:一是野化作物、栽培作物和野生祖先种的系统发生关系,二是它们驯化选择相关等位基因频率的分布。

浙江大学作物科学研究所博士生吴东亚为本文第一作者,樊龙江教授为通讯作者。美国华盛顿大学圣路易斯分校Kenneth Olsen教授和澳大利亚CSIRO朱乾浩研究员提供了帮助。该研究得到国家自然科学基金的资助。

原文章链接:

https://www.cell.com/trends/plant-science/fulltext/S1360-1385(21)00032-7

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