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芥菜型油菜|百变芥菜家族只有一个“妈”( 二 )


为了阐明芥菜的驯化和传播 ， 他们构建了芥菜及其祖先的亚基因组系统发育树 ， 同时组装了478个叶绿体和10个线粒体基因组 ， 以研究芥菜及其祖先之间的细胞质关系 。
华玮表示 ， 首先 ， 芥菜进化树只有一个主干 ， 然后演化出不同分枝 ， 说明芥菜由一个祖先产生6个不同群体 。其次 ， 细胞质的遗传物质 ， 包括叶绿体和线粒体DNA ， 表现为母系遗传 ， 通过胞质溯源发现 ， 芥菜只有一个“妈妈” 。“我们从这两方面证实了芥菜是单起源 。”
随后 ， 结合考古证据和历史文字记录 ， 他们发现芥菜于14000~8000年前在西亚起源 ， 在其自西向东传播过程中 ， 形成了3条独立传播路径 ， 通过基因突变和渐渗杂交演化出6个遗传类群 。
“3条传播路线和3个进化分支、3次独立驯化事件都是对应的 ， 芥菜在每一条传播路途上被分别驯化 ， 这是地域环境适应和人为选择的结果 。”刘忠松说 ， 基因组和进化研究指明了芥菜驯化发生顺序、推定了大致驯化时间 ， 与考古发掘和历史文献记载结果相一致 ， 揭示了芥菜自西向东传播的过程 。
“我们分析材料中虽然没有野生种 ， 但文献数据表明西亚（中东）地区有野生种分布 。”华玮说 ， 希望科学家能尽快深入当地采集种质资源和可能的野生种 ， 进一步揭示芥菜的身世 。
芥菜形态的百变之源
“种”是生物分类的基本单位 ， 指具有一定自然分布区 ， 以及一定形态特征和生理特性的生物类群 。同一种中的各个个体具有相同的遗传性状 ， 彼此交配可以产生能育的后代 。
而“亚种”一般被认为是一个种内的类群 ， 在形态上有变异 ， 并具有地理分布、生态或季节上的隔离 。
“由于驯化和人工选择 ， 芥菜形态发生了较大的变化 ， 主要表现为种子大小的增加、根和茎的膨大 。芥菜因此形成了4个亚种 。”康雷说 ， 芥菜的形态十分多样 ， 叶片大小和形态差异悬殊 ， 有的根茎膨大、伸长；而有的籽粒细小 ， 千粒芥菜籽可能不足1克 ， 但也有大粒的 ， 千粒重达7~8克 。
随后 ， 他们对这些驯化性状进行了较为详细的研究 。
研究鉴定到22个与千粒重显著相关的候选基因 ， 有7个基因也可以通过选择消除检测到 。研究人员表示 ， 对这些适应当地光周期的基因进行选择 ， 可诱导芥菜种子大小的改变 。
他们将根芥基因组与籽芥、叶芥的基因组进行了比较 ， 确定了14个与贮藏根形成有关的候选基因 ， 可能在生长素信号、糖运输、细胞分裂、细胞扩张和细胞壁修饰方面发挥作用 。此外 ， 茎芥的特征是茎粗 ， 食用茎直径大于20厘米 ， 远大于叶芥 。比较了茎芥和叶芥基因组后 ， 他们共鉴定到5018个相关基因组区域 。
“我们通过比较不同类型的芥菜材料 ， 比如大粒材料与小粒材料、根茎膨大材料与不膨大材料 ， 进行分析 ， 看不同材料在进化过程中留下的基因组痕迹 ， 找到了籽芥、根芥和茎芥特有基因组区域 。”康雷说 。
刘忠松说 ， 这篇论文终结了芥菜起源的百年之争 ， 揭示了芥菜形态的百变之源 ， 为收集和利用芥菜种质资源提供了指南 ， 为芥菜基因组学研究建立了路线图 ， 使得寻找新的基因变得更加简单、便捷 。已鉴定出的新基因、单倍型为不同用途芥菜的基因组选择育种提供了科学依据、基因资源和选择方法 ， 有助于提高育种效率、加速芥菜育种进程 。

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