【Nature Plants】突破！植物所证实水稻是多次起源的产物

亚洲稻又称水稻（Oryza sativa L.），包括粳稻（Japonica）和籼稻（Indica）两个亚种，不仅是最重要的粮食作物之一，也是理论研究中日益受到重视的模式生物。尽管迄今针对水稻开展了大量研究，但关于水稻起源/驯化的历史已争论了半个多世纪，存在各种推论和观点。目前存在两种主流假说：一次起源（single-origin）和多次起源（multiple-origin）假说，前者推测水稻单次起源于中国的普通野生种（O. rufipogon），而后者认为水稻不同亚种分别起源于不同的地理区域，粳稻起源于中国的普通野生稻，而籼稻则起源于南亚和东南亚的尼瓦拉野生稻（O. nivara）。

中国科学院植物研究所葛颂研究组基于1578份水稻和野生稻样本的重测序数据，采用一种新的分析策略探讨了水稻的起源/驯化历史，即在全基因组水平上通过分析驯化基因的起源来推断水稻的野生祖先和起源地点。该研究首先厘清了水稻和野生稻的群体遗传结构和群体动态历史，明确水稻包括6个品种群（indica, aus, rayada, aromatic, temperate japonica和tropical japonica）以及两种野生稻存在4个遗传组分（Ruf1, Ruf2, Niv1和Niv2）。在此基础上，研究人员通过全基因组扫描，鉴定到993个在indica和japonica中同时受到选择的基因（驯化基因），进而发现其中80%与来自中国的普通野生稻，而其余20%起源于南亚和东南亚地区的尼瓦拉野生稻，这些驯化基因在水稻驯化过程中发生了持续的亚种间基因渐渗，因而共享在整个水稻的基因库中。进一步对36个知名驯化基因进行单倍型网络分析，显示中国南部和印度北部为水稻的二个主要驯化中心，东南亚以及印度南部也可能是水稻的次级驯化地区。上述结果充分证明水稻为多次起源/驯化的产物。

水稻起源推测图。野生祖先种(O. rufipogonand O. nivara) 地理分布用不同颜色标识。绿色菱形代表起源于中国的驯化基因，棕色三角代表起源于南亚和东南亚的驯化基因。

该研究重测序了422份广布于野生稻分布区的代表性样本，为水稻遗传改良和进一步的理论研究提供重要的数据资源；鉴定出一批水稻和野生稻种质资源库中鉴定错误和遗传混杂的样品。该研究还发现，某些选择性清除区段内包含了不同起源的驯化基因，说明基于合并选择性清除区段重建系统发生的方法在探讨作物驯化历史时可能出现误判。

上述研究成果以长文的形式在最新一期的国际学术期刊Nature Plants发表。植物所博士后景春艳、副研究员张富民以及博士研究生王秀花和王美霞为该论文的共同第一作者，葛颂研究员为论文的通讯作者。合作者还包括加州大学欧文分校Brandon S. Gaut教授、中国农业科学院作物研究所郑晓明博士和刘荣博士。该研究得到了国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项子课题、国家重点研发计划以及中国博士后基金的资助。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41477-023-01476-z