雜草被馴化成作物？百年假說被證實

近日，浙江大學樊龍江教授團隊在《分子植物》（Molecular Plant）發表論文。該研究通過對野生、雜草和栽培類型黑麥116份種質資源進行全基因組測序和分析，揭示了栽培黑麥是由雜草黑麥馴化而來，極大豐富了作物起源理論。該研究同時挖掘了大量黑麥馴化與遺傳改良基因位點，為黑麥及小麥遺傳育種提供了重要基因資源。

圖片為作物馴化起源的兩個途徑。左圖：雜草進入農田后，由于人類的不斷清除（一種無意識的選擇），雜草株型逐步變得更加偏向作物，即擬態作物。本論文有關栽培黑麥馴化起源研究，證實了農田雜草馴化成作物的作物起源途徑。右圖：雜草與栽培黑麥。          樊龍江供圖

蘇聯著名遺傳學家瓦維洛夫1917年提出作物次生起源假說（即部分作物直接馴化自雜草而非野生祖先種），認為栽培黑麥是由小麥田雜草之一——雜草黑麥馴化而來。基因組數據是揭示黑麥次生起源、馴化選擇機制最為直接和有效的證據，但由于黑麥基因組的復雜性，黑麥屬全基因組遺傳變異圖譜一直不清楚。樊龍江教授團隊基于群體基因組數據，分析了黑麥種群遺傳結構、動態歷史模擬等，證實了栽培黑麥由雜草黑麥馴化而來。

該論文是該團隊有關瓦維洛夫假設的第二篇研究成果。之前他們證實雜草進入農田后，受到人類一種無意識的選擇（不斷清除過程），雜草株型（特別在苗期）逐步變得更加像作物，即擬態作物。直接選擇株型與作物相似的農田雜草（而不是野生種）作為馴化對象，可以減少株型等性狀的馴化過程，這不失為一個明智的選擇。本研究是上述研究的延續，從而補齊了作物雜草起源假說的另一個關鍵證據。

栽培黑麥屬于禾本科小麥族黑麥屬，與大麥、小麥親緣關系較近，往往作為遠緣雜交材料被用于小麥育種。由于黑麥抗寒、抗病蟲及抗逆性強，植株高大，耐貧瘠、酸性土壤，可作為糧飼兼用的作物，同時也是小麥育種重要異源基因的供體。黑麥屬的分類有過多種主張，目前認為黑麥屬可分為一年生野生自交授粉的森林黑麥、多年生野生異交授粉的山地黑麥和一年生普通黑麥。其中栽培黑麥為普通黑麥的一個亞種，瓦維洛夫黑麥是栽培黑麥的假定野生祖先，其余亞種被認為是雜草黑麥。表型上，雜草黑麥與栽培黑麥已非常相似，但與栽培黑麥相比，抽穗期較晚，株高較矮，千粒重較輕。

該研究還發現，栽培黑麥從雜草黑麥馴化過程中，包括與株高、斷穗、產量及抗病相關的至少279個受到選擇的基因位點；黑麥屬內持續的基因流動可能對黑麥的馴化產生影響，如在6個栽培黑麥中chr6R染色體有長度為2Mb的片段是來自多年生野生的山地黑麥的滲入，且該滲入片段中攜有與產量、育性等重要性狀相關的基因。

浙江大學作物科學研究所博士生孫硯青和助研沈恩惠為論文第一作者，樊龍江教授為通訊作者。德國、波蘭和澳大利亞等國學者參與了本研究。該研究得到了國家自然科學基金等項目的資助。