揚(yáng)州大學(xué)蔥蒜生物學(xué)團(tuán)隊(duì)揭示大蒜種群進(jìn)化歷史

　　近日，揚(yáng)州大學(xué)園藝與植物保護(hù)學(xué)院蔥蒜生物學(xué)團(tuán)隊(duì)聯(lián)合國內(nèi)外多個(gè)科研團(tuán)隊(duì)共同揭示了大蒜種群進(jìn)化歷史，發(fā)現(xiàn)中國主栽的四六瓣蒜和多瓣蒜是獨(dú)立馴化的兩個(gè)大蒜組群。研究成果以題為“Genomic insights into the evolutionary history and diversification of bulb traits in garlic”發(fā)表在Genome Biology（中科院一區(qū)， IF=17.9）。

 

　　大蒜是我國重要的蔬菜作物，年播種面積達(dá)上千萬畝。大蒜也在世界各國廣泛種植，并有數(shù)千年種植歷史。一般認(rèn)為，大蒜起源于中亞、西亞或地中海區(qū)域，但有關(guān)其確切的起源中心，目前仍然未知。此外，對(duì)于大蒜的野生祖先種也頗具爭(zhēng)論，分類學(xué)等證據(jù)認(rèn)為大蒜由野生Allium longicuspi 馴化而來，但也有學(xué)者提議Allium tuncelianum才是大蒜野生祖先。可見，有關(guān)大蒜的進(jìn)化起源當(dāng)前知之甚少。

 

　　該研究首先通過GBS技術(shù)對(duì)230個(gè)大蒜種質(zhì)進(jìn)行測(cè)序以推斷群體結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)大蒜種質(zhì)主要存在四個(gè)類群，其中位于中國主栽的四六瓣蒜和多瓣蒜種質(zhì)分別來自CG1和CG2組群，另有一個(gè)類群OG，其親緣關(guān)系更接近韭蔥，且主要來源于地中海、中西亞等大蒜起源地，推測(cè)OG基因組更接近大蒜野生種。然后通過對(duì)84個(gè)核心種質(zhì)進(jìn)行重測(cè)序，共檢測(cè)到129.4 Mb變異。有效群體動(dòng)態(tài)分析、基因流和馴化選擇區(qū)間分析推測(cè)CG1和CG2分化于數(shù)十萬年前，之后各自獨(dú)立馴化。深入分析CG1和CG2的有害突變，發(fā)現(xiàn)大蒜經(jīng)長(zhǎng)期獨(dú)立進(jìn)化/馴化后，組群間的有害突變重復(fù)率極低（<9%）。大規(guī)模的RNA-sequencing也表明，長(zhǎng)期獨(dú)立進(jìn)化和馴化導(dǎo)致CG1和CG2組群間的轉(zhuǎn)錄組結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了重塑，9400個(gè)大蒜基因在兩組群間存在表達(dá)差異。

 

　　鱗芽數(shù)和鱗芽重量決定了大蒜鱗莖產(chǎn)量，它們?cè)谌齻€(gè)組群間存在顯著差異。例如，CG1為四六瓣蒜，其鱗芽數(shù)顯著低于OG和CG2類群。研究人員結(jié)合關(guān)聯(lián)轉(zhuǎn)錄組分析、全基因組關(guān)聯(lián)分析和單倍型分析等證據(jù)，鑒定到一個(gè)TB1同源的Asa2G00245.1和一個(gè)AXR同源的Asa2G00503.1為鱗芽數(shù)性狀候選基因，并發(fā)現(xiàn)它們?cè)贑G1組群中受到強(qiáng)烈選擇。推測(cè)它們的選擇與CG1種質(zhì)鱗芽數(shù)少相關(guān)。此外，該團(tuán)隊(duì)還開展了鱗芽膨大前后的鱗莖部位轉(zhuǎn)錄組分析，發(fā)現(xiàn)4658個(gè)大蒜基因在鱗莖膨大期發(fā)生了表達(dá)變化。進(jìn)一步的關(guān)聯(lián)轉(zhuǎn)錄組和單倍型分析證據(jù)顯示，差異表達(dá)的Asa6G06199.1（Flowering locus T 同源基因），DELLA基因Asa2G00237.1和GA20氧化酶基因 Asa4G02474.1可能為鱗莖重量性狀候選基因。有意思的是，研究人員發(fā)現(xiàn)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(hào)，推測(cè)鱗芽性狀在兩個(gè)組群間的進(jìn)化選擇是獨(dú)立進(jìn)行的。

 

　　綜上所述，本研究發(fā)現(xiàn)中國主栽的四六瓣和多瓣蒜大蒜組群源自于獨(dú)立馴化。長(zhǎng)期獨(dú)立進(jìn)化/馴化導(dǎo)致兩組群大蒜轉(zhuǎn)錄組結(jié)構(gòu)重塑，有害突變單獨(dú)積累，且鱗芽性狀相關(guān)基因要么僅在CG1中具有選擇信號(hào)，要么僅在CG2中受到選擇，導(dǎo)致了鱗芽性狀在兩組群間高度分化。

 

　　揚(yáng)州大學(xué)青年教師高松為該論文并列第一作者，劉頭明教授為通訊作者，該研究得到國家自然科學(xué)基金、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新工程、中央公益性基本業(yè)務(wù)費(fèi)及山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目資助。

 

　　論文鏈接：

 

　　https://genomebiology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13059-022-02756-1