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【科研新进展】(119)宋卫宁教授团队在大麦适应性进化和物种形成领域取得新进展

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近日,《Advancedscience》杂志在线发表了农学院宋卫宁教授团队题为《Genomic and Phenotypic Divergence in Wild Barley Driven by Micro-geographic Adaptation》的研究文章。农学院已毕业博士生卞建新和江真人网络赌钱平台业大学青年教师崔立操为论文共同第一作者,聂小军副教授、宋卫宁教授为共同通讯作者。

该研究以土壤微环境的生态选择及其适应性进化为切入点,选取采自以色列Alma–Har-Ben-Zimra地区,生长在物理距离紧邻的火山岩(Basalt)和石灰岩(Chalk)土壤中的野生大麦为研究对象,首先运用生态学经典的实验方法——同质园和相互移栽(transplanting)试验,发现这两个大麦群体在形态和农艺性状上已经发生显著分化,生长在原生境土壤中的农艺性状均优于非原生境土壤,显示它们间发生了遗传适应度分化;进一步整合全基因组重测序和群体转录组测序数据发现,这两个群体起源于同一祖先群,并在大约3.25万年前发生了分歧,形成了具有不同的群体结构、系统进化关系以及遗传多样性;最后,基于基因组选择消除分析,鉴定到多个受选择基因,结合受选择基因的表达水平以及土壤理化性质,发掘鉴定到了一系列具有重要功能的适应性基因,揭示了土壤生态差异是造成这两个群体分化的主要驱动力。最重要的是,发现适应性基因HvMOR通过调控大麦的根型来适应火山岩(Basalt)和石灰岩(Chalk)两种不同土壤,是野生大麦对土壤微环境适应性进化的关键基因。

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该研究通过土壤微环境这个模式,找到了野生大麦为适应不同土壤环境而进化形成的一系列表型性状,鉴定出局部环境差异所导致的野生大麦基因组序列的变异和分化,阐明了野生大麦对特异微环境的适应是驱动表型分化与基因组分化的动力,最终建立遗传变异与环境差异的直接联系。在表型、基因型和转录表达等多个层次解析了野生大麦微环境适应性进化的分子机理,为同域物种形成理论提供了最直接的证据,也为揭示物种多样性的来源及植物变异的基础提供了重要信息。同时,为深入解析根系等关键农艺性状的生物学基础和进化机制提供了新途径,为麦类作物分子育种和遗传改良提供重要参考。

本研究得到了国家、学校有关项目的支持。

论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202000709



编辑:张晴

终审:徐海