前言

陸稻具有水稻可持續(xù)栽培的許多綠色特性（例如抗旱性、硝酸鹽的利用效率、良好的直播能力等），因此是水稻育種的重要種質(zhì)。但陸稻的起源和進(jìn)化及其綠色遺傳資源仍然是個謎。

近日，上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院基因中心團(tuán)隊在 Molecular Plant (IF: 21.949) 在線發(fā)表了題為“Integrated phenotypic, phylogenomic and evolutionary analyses indicate the earlier domestication of Geng upland rice in China”的研究論文，通過整合表型分析、群體遺傳研究和進(jìn)行分析，首次提出“在中國陸稻先于水稻更早從野生稻中馴化而來”的觀點(diǎn)。

研究結(jié)論

本研究收集了來自全球的 512 個水稻品種，并進(jìn)行全基因組重測序。

結(jié)果顯示，中國的陸稻和水稻品種存在顯著的遺傳分化，在深根比例、中胚軸長度、抗旱性等表型特征上存在顯著的差異（圖 B-C）。

在 PCA、聚類分析和種群結(jié)構(gòu)分析結(jié)果中，中國的陸稻和水稻形成了 2 個明顯的聚類群。同時，在陸稻和水稻之間沒有明顯的基因流動的情況下，陸稻具有更高的遺傳多樣性且大量陸稻特有 SNP 位點(diǎn)在野生稻中存在（圖 D）。

進(jìn)一步分析顯示，幾個已知的關(guān)鍵馴化基因在陸稻和水稻中并無明顯差異，表明陸稻和水稻的分化發(fā)生在水稻從野生稻馴化之后。

應(yīng)用 fastsimcoal2 和 SMC++ 分析，結(jié)果都表明陸稻是從普通野生稻中馴化而來的，而水稻是從陸稻起源的（圖 I）。兩者的分化發(fā)生在約 2100 年前，其時為我國周朝，恰是農(nóng)業(yè)技術(shù)和水利工程大發(fā)展的一個時期。

最后，對具有功能特征的 220 個高度分化基因進(jìn)行了單倍型分析。結(jié)果顯示，與水稻相比，陸稻每個基因具有更多的單倍型。并且 31.8% 的陸稻特異性單倍型可以在野生稻中檢測到，而只有 13.9% 的水稻特異性單倍型可以在野生稻中發(fā)現(xiàn)，進(jìn)一步表明陸稻先于水稻被馴化的可能。

陸稻和水稻在氮素利用效率上存在明顯差異。分析顯示，4 個氮素利用相關(guān)基因在陸稻中具有更多的遺傳多樣性；野生稻硝酸鹽相關(guān)基因 NPF4.5 和銨相關(guān)基因 ?僅存在于陸稻中。以上結(jié)果也與陸稻因適應(yīng)干旱環(huán)境而從水稻中分化出來相悖。

綜上，本研究提出：在中國陸稻先于水稻更早從野生稻中馴化而來。

在水稻高產(chǎn)選育過程中導(dǎo)致了遺傳多樣性的巨大損失。幸運(yùn)的是，本研究顯示陸稻在綠色性狀上保留了更高的遺傳多樣性。因此在開發(fā)“綠色超級稻”和“節(jié)水抗旱稻”等方向要更加重視利用陸稻豐富的綠色基因資源。

上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院基因中心與華中農(nóng)業(yè)大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)博士研究生羅志、夏輝副研究員、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)基因組研究所鮑志貴為并列第一作者，夏輝副研究員、上海市農(nóng)業(yè)生物基因中心首席科學(xué)家羅利軍研究員為共同通訊作者。

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（全基因組重測序）

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