研究揭示大蒜種群進(jìn)化歷史

　　9月7日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院麻類研究所聯(lián)合國(guó)內(nèi)外8家科研單位通過(guò)開展大蒜種質(zhì)資源重測(cè)序及群體分析，系統(tǒng)揭示了大蒜種群進(jìn)化歷史，發(fā)現(xiàn)中國(guó)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。相關(guān)成果發(fā)表在《基因組生物學(xué)（Genome Biology）》上。

 

　　大蒜是我國(guó)重要的蔬菜作物，年播種面積達(dá)1000萬(wàn)畝以上。大蒜在世界各國(guó)廣泛種植，有著數(shù)千年的種植歷史。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，有關(guān)大蒜的進(jìn)化起源當(dāng)前知之甚少。構(gòu)建物種全基因組變異圖譜，對(duì)于分析其基因組演化特征、解密物種進(jìn)化起源歷史具有重要意義?？蒲袌F(tuán)隊(duì)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(gè)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(chǔ)。盡管如此，大蒜全基因組變異圖譜至今仍未構(gòu)建，限制了大蒜進(jìn)化歷史的解析。

 

　　研究人員從國(guó)內(nèi)外共收集了300余份大蒜種質(zhì)資源，對(duì)其中230份大蒜資源開展基因分型測(cè)序（GBS）和群體結(jié)構(gòu)分析，發(fā)現(xiàn)大蒜種質(zhì)主要存在四個(gè)類群，其中位于中國(guó)的主栽的四六瓣蒜和多瓣蒜種質(zhì)分別來(lái)自大蒜組群CG1 和CG2。科研人員對(duì)84個(gè)核心種質(zhì)資源進(jìn)行重測(cè)序，共檢測(cè)到129.4 Mb的變異。通過(guò)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(wàn)年前，之后各自獨(dú)立進(jìn)化和馴化。深入分析CG1 和CG2的有害突變，發(fā)現(xiàn)經(jīng)長(zhǎng)期獨(dú)立進(jìn)化和馴化后，組群間的有害突變重復(fù)率極低。大規(guī)模的轉(zhuǎn)錄組測(cè)序也表明，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。

 

　　鱗莖由多個(gè)鱗芽（俗稱蒜瓣）組成，鱗芽數(shù)和鱗芽重是決定鱗莖產(chǎn)量的關(guān)鍵性狀，研究人員重點(diǎn)分析了這兩個(gè)性狀的選擇印記，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)，使得鱗芽性狀在兩組群間分化明顯，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，該研究發(fā)現(xiàn)中國(guó)主栽的兩個(gè)大蒜類群四六瓣蒜組和多瓣蒜組數(shù)十萬(wàn)年前出現(xiàn)分化，并獨(dú)立馴化。因大蒜為營(yíng)養(yǎng)體繁殖作物，組群間沒(méi)有基因交流，導(dǎo)致各組群有害突變單獨(dú)積累。獨(dú)立馴化亦導(dǎo)致兩大蒜組群間的基因組分化明顯，轉(zhuǎn)錄組結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)重塑。

 

　　該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程、山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。