|
|
||
|
基于基因组重测序揭示栽培欧菱遗传多样性及‘南湖菱’的起源驯化历史
生物多样性
2024, 32 (9):
24212-.
DOI: 10.17520/biods.2024212
阐明栽培作物的起源驯化历史, 深入解析作物驯化改良的过程对于理解人类文明的进程至关重要。欧菱(Trapa natans)隶属于千屈菜科, 为一年生水生浮叶草本, 其果实俗称菱角, 是我国传统的水生蔬菜作物。然而, 相较于主粮作物, 我们对栽培欧菱种质资源的遗传多样性和起源驯化历史仍知之甚少。本研究基于31份不同品种(系)的二倍体栽培欧菱和23份二倍体野生欧菱的全基因组重测序(resequencing)数据, 利用群体基因组学分析方法, 对栽培欧菱的遗传多样性和我国特有的栽培品种‘南湖菱’的起源驯化历史进行研究。群体遗传结构与遗传分化的结果表明, 野生欧菱和栽培欧菱分属不同的基因池, 栽培欧菱起源于长江流域的二倍体野生欧菱。栽培欧菱遗传多样性水平整体低于野生欧菱(0.68 × 10−3 vs. 1.35 × 10−3), 有效群体大小相比野生欧菱也急剧收缩(~4,000 vs. ~7,700), 表明栽培欧菱经历了驯化瓶颈作用。栽培欧菱中, ‘南湖菱’的遗传多样性水平最低, 连锁不平衡的衰减速度最慢, 可能与其驯化程度高、选择强度大有关。基于FASTSIMCOAL2溯祖模拟的群体动态历史结果表明, ‘南湖菱’、‘乌菱’与其他栽培欧菱均发生了基因交流事件, ‘南湖菱’驯化发生在距今大约669年前, 这与明代文学记载信息相吻合。综上所述, 本研究通过探讨栽培欧菱的遗传多样性和‘南湖菱’的驯化历史, 对深入理解栽培欧菱驯化起源过程及其遗传演化特征具有重要意义。  View image in article
图1
栽培欧菱和野生欧菱的果实形态、采样点与分布生境。A: 果实形态; B: 采样点; C-E: 菱属分布生境。
正文中引用本图/表的段落
历史记载表明, 种植栽培欧菱曾是我国先民的重要农业实践之一, 其栽培历史至少可以追溯到唐宋时期, 并在该时期一度成为江南地区的主粮之一。当时长江下游的河流和湖泊区域保存了许多常见的品种, 如‘乌菱’ (‘Wuling’)、‘南湖菱’ (‘Nanhuling’)等(周晴, 2012)。‘南湖菱’和‘乌菱’的果实形态差异较大, ‘南湖菱’的果实无角, 又被称为“无角菱”, 而‘乌菱’的果实具两角(图1A)。其中, ‘南湖菱’主产于浙江嘉兴南湖, 其果实壳薄、味美、营养丰富, 是我国特有的水生经济作物, 同时也是江浙一带具有高种植效益的经济作物(姚祥坦等, 2016)。‘南湖菱’的栽培历史悠久, 从宋代、元代、明代一直到清代康熙、乾隆年间均有相关文学记载。然而, 研究人员在调查中发现, 目前我国广泛栽培的菱角品种以‘乌菱’为主, 许多地方品种如‘南湖菱’等并未被重视(姚祥坦等, 2016)。近年来, 虽然研究人员对‘南湖菱’的植物学特性、农艺性状、栽培技术等已开展了相关研究报道, 取得了一定成果。然而, 目前对其遗传多样性的研究仍非常有限, 深入解析‘南湖菱’的遗传多样性分布式样, 可为其保护和利用提供科学依据。同时, 虽然‘南湖菱’的栽培历史早在宋代(公元1,133年)已有相关文学记载, 但遗传学证据的缺乏导致关于其起源驯化历史仍不清晰。而基于基因组变异数据的溯祖模拟可为揭示其起源和驯化历史提供关键信息。因此, 本研究旨在利用基因组重测序数据对我国栽培欧菱的遗传多样性进行全面评估, 并进一步探讨特有品种‘南湖菱’的起源和驯化历史。
本文在前期研究基础上, 对29份二倍体欧菱材料进行全基因组重测序, 其中包含12份野生欧菱与17份栽培欧菱, 栽培欧菱涉及6个品种(系) (图1, 附录1)。同时结合Lu等(2022)研究的14份栽培欧菱、11份野生欧菱以及4份细果野菱(T. incisa)的材料, 共计58份样品(附录1)进行以下分析：(1)通过群体基因组学分析揭示栽培欧菱的遗传多样性式样; (2)推断我国特有品种‘南湖菱’的起源驯化历史。通过上述研究, 可为揭示栽培欧菱的遗传演化特征提供科学依据, 并为其他水生作物的起源驯化提供参考。
本文的其它图/表
|
