野生二粒小麦重测序及同域物种形成机制

【作者】 王宏伟； 杨足君； 尹华燕； 焦成志； 方孝荐； 马信； 李鹏欢； 鲍印广； Eviatar Nevo； 孔令让；

【机构】 山东农业大学作物生物学国家重点实验室； 电子科技大学； 北京诺禾致源科技有限公司； Institute of Evolution University of Haifa；

【摘要】 位于以色列的卡梅尔"进化峡谷"是种质资源发掘和研究物种在微环境下进化的天然实验室。尽管仅相距200米,来源于干旱、高温的北坡的野生二粒小麦体现较强的抗旱性,而潮湿、温润的南坡的种质已进化出白粉病抗性多样性。为揭示其进化机制,本研究结合利用基因定位、基因组重测序及功能基因手段对来源于进化谷的野生二粒小麦进行了群体遗传学研究。进化树和血缘关系分析发现进化谷两坡的野生二粒起源于同一祖先,并于约3000～5000年前遇到群体瓶颈效应产生第一次分化,"非洲坡"首先分化成SFS1和SFS2两个亚群,然后SFS2又迁移至"欧洲坡"形成NFS亚群。三个亚群之间均表现非常高的分化（Fst）,并且未检测到明显的基因流,在峡谷内已经形成合子前生殖隔离。为了验证是否形成新物种,群体间进行了杂交试验,其中SFS1与其他亚群的杂种F₁结实率明显降低。细胞学检测发现该亚群形成了一系列类型的罗伯逊易位,并导致了与其他群体间的后合子隔离,为新物种的形成提供了确凿证据。进一步研究发现,为适应"非洲坡"强烈非生物胁迫选择压,SFS1亚群与SFS2亚群分别进化出早花或抗辐射的能力,推断SFS1的染色体不稳定可能与生育进程后期高辐射导致。群体选择分析发现,SFS1受选择基因组区间富集了大量抗氧化相关基因,而C06基因关键氨基酸发生了退行性变异;而NFS群体分别在4A及其他染色进化出新的抗白粉病基因。本研究可能成为植物领域非生物胁迫与生物胁迫驱动同域物种形成的经典案例。更多还原