作者:刘晓倩 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2016/6/20 12:48:03
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沙米:植物基因讲述沙漠往事
植物分子谱系反推高原沙漠化或始于110万年前


 

科学网讯(记者 刘晓倩)以往,气候变化研究常通过黄土剖面、冰芯、饱粉等地学数据分析勾画环境变化。12日,记者从中国科学院寒区旱区环境与工程研究所获悉,该所甘肃省寒区旱区逆境生理生态重点实验室马小飞团队首次从植物分子谱系地理角度,利用分子钟测定一定的时间内,DNA突变的速度,回溯气候变化对植物基因组的影响。揭示了青藏高原的沙漠化可能始于110万年左右,早于先前的风尘记录。为亚洲内陆干旱区沙漠化进程提供了首个植被分子数据。该成果5月23日发表在《科学报告》。

据介绍,沙米广泛分布于我国北方干旱半干旱区流动沙丘,是第一个入侵到该区域的一年生先锋植物,对气候变化响应速度快,是很好的固沙植物。《本草纲目拾遗》中记载——“沙蓬米,凡沙地皆有之,鄂尔多斯所产尤多。枝叶丛生如蓬,米似胡麻而小。作为粥,滑腻可食;成为末,可充饼茶汤之需。”在甘肃武威、民勤等沙漠边缘,常见沙米踪迹,成熟的沙米呈黑褐色,扁圆形,直径与小米类似,糖分更低,蛋白质、不饱和脂肪酸高,口感与芝麻类似。

从2013年开始,马小飞团队对沙米的现存分布区展开全面调查,采集了包括塔克拉玛干沙漠、古尔班通古特沙漠、库姆塔格沙漠、巴丹吉林沙漠、腾格里沙漠、柴达木盆地等典型沙化土地区域的46个群体共188个沙米样本,利用5个叶绿体基因片段和一个核基因片段的序列变异,构建了沙米的谱系结构,并成功模拟了其群体动态历史和不同时期的分布区变化。

研究结果表明:大约在160万年前,沙米起源于古尔班通古特沙漠,经过几次冰期、亚洲内部干旱化加剧,沙米曾经3次大范围迁徙“定居”,扩散至其他沙漠及沙地,形成现在的分布格局。与其他区域的种群相比,处于季风区的沙米有效群体的快速增长,印证了季风气候能显著驱动荒漠植物快速进化。分子谱系还揭示了青藏高原的沙漠化可能始于110万年左右,早于先前的风尘记录。在全球变暖背景下,沙米的潜在分布区将向亚洲高纬度区域扩张,青藏高原也存在沙漠化的巨大风险。

马小飞表示,该研究不仅为理解沙漠生态系统对季风气候的响应提供了新的分子数据支持和解析角度,还为选育应对全球气候变暖的“未来作物”——沙米提供了生态适应性潜力和种质资源评估。目前,研究小组正在通过重离子辐照诱变、化学诱变等手段对沙米进行驯化,以培育适应沙地、黄土地种植的新型农作物。该研究项目受到中国科学院“百人计划”项目及国家自然科学基金项目资助。

 
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