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小麦族植物种质资源的谱系框架构建

时间: 2020-06-28 点击次数:


多倍化事件为什么成功?以及多倍体为什么如此普遍?是系统生物学研究的焦点和核心问题。无论栽培驯化的小麦等粮食作物以及半驯化的披碱草等饲草作物还是防风固沙的赖草等生态作物都是小麦族中历史自然杂交形成的多倍体。小麦族包含大量的二倍体和多倍体不仅是系统生物学研究的理想载体也是麦类作物遗传改良的基因资源库。然而,对小麦族谱系了解的缺乏十分不利于种质资源的有效保护和高效利用。

四川农业大学小麦研究所科研人员对全球分布几乎所有含不同基因组组成的小麦族植物进行系统采样,基于叶绿体基因组遗传分化特征,构建了小麦族叶绿体基因组谱系框架(图1),发现小麦族六个基本基因组供体为母系通过自然杂交形成大约350个多倍体物种,其中,栽培小麦的祖先母系是拟斯卑尔托山羊草;多年生的多倍体小麦族植物祖先母系以拟鹅观草属和新麦草属物种为主;不完全的谱系分选或者叶绿体基因捕获事件是导致LophopyrumThinopyrumDasypyrum等物种为Pseudoroegneria物种贡献了细胞质基因组,并通过多倍化事件遗传到含有St基因组的多倍体物种中。研究提出二倍体祖先亲本的遗传异质特性是促进小麦族多倍体物种形成及谱系分化成功的重要因素。这些新的认识对粮食作物及饲草遗传改良过程中的种质资源人工创制及杂交组配奠定遗传基础,也为建设现代麦类作物种业强国和保障国家粮食安全提供种质资源谱系框架。

研究结果发表于《Molecular Phylogenetics and Evolution》(2020, 149: 106838) (https://doi.org/10.1016/j.ympev.2020.106838),并得到《国家第二次青藏高原综合科学考察研究工作简报》前沿成果专栏(2020年第5期)报道。博士生陈宁为论文第一作者,国际系统生物学家学会会员沙莉娜副教授和凡星教授为论文通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、 国家第二次青藏高原综合科学考察专项、中国科学院青年创新基金等项目资助。

图1 基于叶绿体基因组构建的小麦族多倍体物种谱系框架

 

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