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科學家研究揭示大蒜種群進化歷史

作者:   文章來源:中國農業科學院麻類研究所   發表時間:2022-09-15    點擊量:

  9月7日,中國農業科學院麻類研究所聯合國內外8家科研單位通過開展大蒜種質資源重測序及群體分析,系統揭示了大蒜種群進化歷史,發現中國主栽的四六瓣蒜和多瓣蒜是獨立馴化的兩個大蒜組群。相關成果發表在《基因組生物學(Genome Biology)》上。

  大蒜是我國重要的蔬菜作物,年播種面積達1000萬畝以上。大蒜在世界各國廣泛種植,有著數千年的種植歷史。一般認為,大蒜起源于中亞、西亞或地中海區域,但有關其確切的起源中心,目前仍然未知。此外,對于大蒜的野生祖先種也頗具爭論,有關大蒜的進化起源當前知之甚少。構建物種全基因組變異圖譜,對于分析其基因組演化特征、解密物種進化起源歷史具有重要意義。科研團隊曾于2020年破譯了大蒜栽培種二水早的基因組,組裝了第一個具有染色體水平的大蒜基因組,這為鑒定大蒜的全基因組變異奠定了基礎。盡管如此,大蒜全基因組變異圖譜至今仍未構建,限制了大蒜進化歷史的解析。

  研究人員從國內外共收集了300余份大蒜種質資源,對其中230份大蒜資源開展基因分型測序(GBS)和群體結構分析,發現大蒜種質主要存在四個類群,其中位于中國的主栽的四六瓣蒜和多瓣蒜種質分別來自大蒜組群CG1 和CG2。科研人員對84個核心種質資源進行重測序,共檢測到129.4 Mb的變異。通過有效群體動態分析、基因流和馴化選擇區間分析推測CG1 和CG2分化于數十萬年前,之后各自獨立進化和馴化。深入分析CG1 和CG2的有害突變,發現經長期獨立進化和馴化后,組群間的有害突變重復率極低。大規模的轉錄組測序也表明,長期獨立進化和馴化導致CG1 和CG2組群間的轉錄組結構實現了重塑,9400個大蒜基因在兩組群間存在表達差異。

  鱗莖由多個鱗芽(俗稱蒜瓣)組成,鱗芽數和鱗芽重是決定鱗莖產量的關鍵性狀,研究人員重點分析了這兩個性狀的選擇印記,發現這些鱗芽性狀候選基因要么僅在CG1中受到選擇,要么僅在CG2中具有選擇信號,使得鱗芽性狀在兩組群間分化明顯,推測鱗芽性狀在兩個組群間的進化選擇是獨立進行的。

  綜上所述,該研究發現中國主栽的兩個大蒜類群四六瓣蒜組和多瓣蒜組數十萬年前出現分化,并獨立馴化。因大蒜為營養體繁殖作物,組群間沒有基因交流,導致各組群有害突變單獨積累。獨立馴化亦導致兩大蒜組群間的基因組分化明顯,轉錄組結構實現重塑。

  該研究得到國家自然科學基金、中國農業科學院科技創新工程、山東省重點研發計劃等項目的資助。(通訊員 廖勇鳳)

 

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