中国农科院作科所韩龙植团队利用香禾糯遗传演化规律揭示侗族族源及迁徙路线

以下文章来源于Mol Plant植物科学 ，作者Longzhi Han

近日，中国农业科学院作物科学研究所韩龙植研究员团队在Molecular Plant发表了题为“Genomic footprints of Kam Sweet Rice domestication indicate possible migration routes of the Dong people in China and provide resources for future rice breeding”的研究论文。该研究利用我国黔东南香禾糯（Kam Sweet Rice）及长江流域以南地方稻种，在基因组层面解析了香禾糯的遗传演化规律及基因组印记，阐明侗族族源及迁徙路线，为研究人类文明和迁徙模式提供了一种新思路，并为未来高产和抗逆等水稻育种提供了有价值的基因组数据和资源。

https://doi.org/10.1016/j.molp.2022.12.020

人类的迁徙活动是影响水稻遗传演化及驯化的重要因素之一。侗族是中国古老的稻作民族之一，目前民族学和历史学界对其族源及迁徙路线研究仍是学说呈异。香禾糯是受侗族传统饮食及农耕文化影响而被持续种植利用上千年的一类特殊生态型地方稻种，具有香味浓、糯性强、耐冷及抗病虫等优异特性。利用香禾糯遗传演化规律揭示侗族族源及迁徙路线是一项具有创新意义的研究工作，解析香禾糯优异特性形成的遗传机制对育种利用具有重要意义。

群体基因组学研究表明，香禾糯起源于广西、广东、福建和江西（图1A、1B）；结合民族学证据研究表明，后续香禾糯随侗族祖先的迁徙而传入黔东南。利用TreeMix、ABBA-BABA检验和fd统计评估了潜在祖先种到香禾糯的基因流，发现香禾糯与上述省份地方稻种之间存在显著的基因渗入（图1C、1D、1E），进一步支持了上述观点，以上地理位置不相邻区域水稻间发生频繁基因流动意味着存在人类的干预。因此，本研究从基因组层面推测侗族族源来自于广西、广东、福建和江西，该结论支持了部分历史学家、考古学家和民族学家的观点，同时香禾糯的多次基因交流和渗入表明了侗族在历史上发生了多次迁徙事件。

研究人员利用SMC++推断了香禾糯与祖先群体的分离时间及有效种群大小(Ne) 。约350年前香禾糯与祖先群体发生遗传分化，正式成为一类独特生态型地方稻种，在黔东南复杂多样的自然环境下随侗族传统文化而代代相传至今。香禾糯的有效群体规模在约220-150年前达到顶峰，这与历史文献记载“香禾糯品种的种植面积和数量在清代中后期最高”一致；香禾糯分别在约150-120年前、30年前遭遇了驯化瓶颈，有效群体规模大幅下降，这分别与当时政府大力推行的“糯改粘”政策及上世纪90年代杂交水稻广泛推广相关（图1F）。

图1 群体结构及基因渗入分析

基因组印记揭示香禾糯农艺性状相关的关键基因GS3、Hd1和DPS1以及耐冷相关的关键基因LTG1和MYBS3是侗族选择驯化的目标基因（图2A、B、C），其单倍型变化模式为香禾糯驯化动态过程提供了遗传证据（图2D、E、F、G）。如与祖先群体相比，香禾糯的籽粒更圆润饱满、千粒重增加（图2H、2K），体现了驯化过程中侗族发挥的积极作用，其遗传背景则是GS3的精准调控与表达（图2I、J）。全基因组关联研究发掘了一个穗粒数相关基因，RNA-seq和qRT-PCR表明该基因可能对水稻增产发挥重要作用。

图2 选择基因GS3及其单倍型分析

本研究将自然科学与社会科学深度融合，通过多学科交叉的方法提出了侗族族源和迁徙的历史情景，为人类文明研究提供了新的工具；同时为香禾糯这类珍稀稻种资源的有效保护与利用提供了科学依据，对促进水稻品种改良和保障国家粮食安全具有重要意义。

中国农业科学院作物科学研究所与中央民族大学生命与环境科学学院联合培养博士研究生刘春晖、天津极智基因王天义与贵州省农业科学院农作物品种资源研究所陈惠查副研究员为论文共同第一作者；中国农业科学院作物科学研究所韩龙植研究员和王艳杰副研究员为论文共同通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国农业科学院科技创新工程等项目的资助。

通讯作者简介

韩龙植，中国农业科学院作物科学研究所研究员，博士生导师。课题组主要研究方向为水稻种质资源基础性工作、精准鉴定与优异种质创制、抗逆性等重要性状新基因发掘、遗传多样性与演化机制研究。以（共同）通讯作者身份先后在Plant Communications、Food Chemistry、The Journal of Experimental Botany、Evolutionary Applications、Theoretical and Applied Genetics、Rice、Frontiers in Plant Science等杂志发表具有影响力的学术论文多篇。

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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