作者:吴跃伟 来源:澎湃新闻 发布时间:2024/1/5 10:03:20
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给红薯做个亲子鉴定!科学家破解红薯古老起源和驯化之谜

 

甘薯的四倍体祖先种(左)、二倍体祖先种(中)和甘薯(右)植株。

·该研究鉴定出甘薯的祖先种,挖掘到参与甘薯驯化过程的基因,随后,有望通过杂交、基因编辑等方式,对甘薯进行改良。

人类吃了快一万年的天然转基因作物红薯,又名甘薯,是重要的粮食作物,但它的起源始终是个谜,驯化过程也不清楚。

这导致甘薯遗传学、基因组学及育种等领域面临困难,制约着甘薯品种的改良和近缘野生种的利用。

近日,来自中国、比利时和德国的科学家团队在国际学术期刊《分子植物》(Molecular Plant)的发表研究论文,鉴定了甘薯的二倍体和四倍体祖先种,研究表明甘薯由两个祖先种正反交,并经历基因组加倍而来。在甘薯形成后,大约50%的区域发生了亚基因组间的基因交换。

该论文的标题是《基于单倍型的系统发育分析和群体基因组学揭示甘薯的起源和驯化》(Haplotype-based phylogenetic analysis and population genomics uncover the origin and domestication of sweetpotato)。

揭秘从祖先种形成甘薯的过程,有望加速甘薯的育种和改良

近缘野生种具有较高的遗传多样性和抗性优势,是作物改良的重要资源库,可以通过杂交或基因编辑等手段,将祖先种的优异性状基因导入作物中。此前,科学家经过数十年的努力,希望通过近缘野生种杂交的方式培育出人工杂交六倍体甘薯,但尚未取得理想的进展。其中最大的限制是,甘薯的祖先种和起源方式尚不明确,因此无法人工模拟甘薯的形成。

前述最新发表的研究论文称,甘薯的二倍体祖先种可能是二倍体赤道番薯,其四倍体祖先种是四倍体甘薯。

通过比较甘薯和两个祖先种群体间的遗传多样性,研究人员发现,许多重要功能基因受到自然选择和人工驯化选择,这些功能基因包括块根形成、基因组稳定性维持、生物学抗性、糖运输、钾吸收。

上海辰山植物园颜梦晓副研究员和重庆师范大学生命科学学院李明副研究员是该论文的共同第一作者。

颜梦晓告诉澎湃科技,研究人员对甘薯祖先种的鉴定和驯化机制的解析,有助于科学家理解祖先种形成甘薯的机制,使得我们有机会在实验室里重演这一过程,可以加速甘薯的育种和改良。

颜梦晓进一步解释说,首先,这一研究成果根据多重遗传学证据,鉴定了甘薯的二倍体、四倍体祖先,确定了甘薯的形成方式,这为人工杂交产生新的甘薯奠定了重要的理论基础。其次,该研究发现了参与甘薯驯化过程的诸多基因,可以通过杂交、基因编辑等方式,利用这些基因资源进一步改良甘薯和其他块根类作物。

天然转基因片段帮助找到甘薯的祖先种

对于该研究的创新性,颜梦晓表示,甘薯是天然转基因作物,其基因组内含有来自农杆菌的T-DNA序列。该研究巧妙地运用这些T-DNA序列作为分子标记,快速、准确地鉴定出了甘薯祖先种。其次,由于甘薯与其祖先种的关系非常紧密,常规的方法难以准确解析,该研究提出了利用多倍体同源单倍型开展系统发育分析的新方法。该方法还有望应用于其他多倍体物种间亲缘关系解析,辅助其他多倍体作物起源解析研究。

此外,研究人员突破传统甘薯起源理论的思维限制,综合多重遗传学证据,提出了新的起源假说,合理解释了甘薯亚基因组和母系起源。

据澎湃新闻此前报道,2017年8月,上海辰山植物园(中国科学院上海辰山植物科学研究中心)等机构科学家联合发表论文率先解析甘薯基因组,相关论文在线发表在国际学术期刊《自然·植物》(Nature Plants)。最新发表的研究论文是此前研究的进一步深化。

最新发表的研究论文:

https://www.cell.com/molecular-plant/pdf/S1674-2052(23)00413-6.pdf?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS1674205223004136%3Fshowall%3Dtrue

2017年发表的相关研究论文:

https://www.nature.com/articles/s41477-017-0002-z

 
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