中外科學家首次解析小麥適應性進化機制

生物脅迫和非生物脅迫被認為是驅(qū)動生物遺傳多樣性和新物種形成的主要成因。但在不存在地理隔離的情況下，植物是否存在適應性進化從而形成新物種，尚鮮有證據(jù)。

3月3日，美國《國家科學院院刊》（PNAS）在線發(fā)表山東農(nóng)業(yè)大學與電子科技大學、以色列海法大學等團隊在小麥物種進化領域的重要突破，闡明了同域情況下野生二粒小麥生態(tài)適應性進化機制，首次搭建了生物脅迫和非生物脅迫下植物同域物種形成機制模型，同時為小麥野生種質(zhì)資源的發(fā)掘利用提供了理論參考。

論文通訊作者、山東農(nóng)業(yè)大學教授孔令讓介紹，除了地理隔離帶來的生態(tài)差異，微生態(tài)環(huán)境差異在地球上普遍存在。但自從1859年達爾文提出同域物種形成的概念以后，在基因流存在的情況下植物是否可以適應性進化并形成新物種，此前鮮有明確證據(jù)，這也給種質(zhì)資源的充分發(fā)掘與利用帶來一定困惑。

該團隊利用基因組重測序，對以色列卡梅爾山“進化峽谷”及其周圍地區(qū)或國家的168 份野生二粒小麥進行了群體遺傳學分析。結果發(fā)現(xiàn)，“進化峽谷”中采集的野生二粒小麥在進化樹末端新進化出三個獨立的種群，并且在向南坡30 米的狹小范圍內(nèi)分化出SFS1 和SFS2 兩個種群。進一步的群體間雜交試驗證明，SFS1 群體與其他群體間雜種F1 代育性出現(xiàn)了大幅度降低，產(chǎn)生合子后生殖隔離。表型與遺傳機制研究發(fā)現(xiàn)，同域環(huán)境下野生二粒小麥群體利用了不同的適應性策略，進而產(chǎn)生了不同的進化途徑。

論文第一及共同通訊作者、山東農(nóng)業(yè)大學副教授王宏偉介紹，依據(jù)以上結果推斷，約3000-6000年前，進化峽谷中的祖先野生二粒小麥種群出現(xiàn)了種群瓶頸，遺傳漂變可能是群體分化的最初原因。

其分化產(chǎn)生的三個亞群為適應生態(tài)環(huán)境分別經(jīng)歷了不同的進化歷程：NFS 群體通過提高抗病能力適應生物脅迫；SFS2 群體則通過早花規(guī)避生育后期高溫、強輻射、干旱造成的非生物脅迫；SFS1 群體直接利用耐高光強輻射適應非生物脅迫。最終通過染色體重排的發(fā)生導致亞群間產(chǎn)生生殖隔離。