杏的起源和演化历史研究取得新进展

2020-03-04 10:43:16
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由辽宁省农业科学院选派,依托辽宁省果树科学研究所、法国国家农业科学院和新西兰植物与食品研究所共建的“国际杏研究联合实验室”创新平台,受国家留学基金委员会“国家建设高水平大学公派博士研究生项目资助,辽宁省果树科学研究所李杏研究室刘硕于2015年9月赴法国波尔多大学和法国国家农业科学院攻读博士学位,并开展合作研究,于2019年10月获得法国波尔多大学博士学位,11月回国工作。

四年留学期间,通过解析来自欧亚大陆的近600份栽培和野生杏属种质资源的遗传多样性信息,分析了杏属种质资源遗传结构,揭示了不同杏种之间的亲缘关系,探索了杏的起源,并进一步追溯了杏属进化和演化过程中的重要历史事件。部分研究成果“The complex evolutionary history of apricots: Species divergence, gene flow  multiple domestication events”近期发表在国际著名期刊《Molecular Ecology》(近3年影响因子IF=6.024),该期刊是生物学、生态学和进化生物学科1区Top期刊。

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杏属于蔷薇科李属李亚属植物,同桃、李、樱桃等并称为核果类果树。杏树的种多样性丰富、广泛地生长在北半球的欧亚大陆地区(图1),普通杏(P. armeniaca)是主要栽培种,其野生种群体集中分布在中亚地区(包括我国新疆西部地区);其他杏种中,西伯利亚杏(P. sibirica)和东北杏(P. mandshurica)多以野生形式生长于亚洲东北地区,梅(P. mume)则分布于我国的淮河以南地区及韩国、日本等国家。

有关杏的起源争论已久。欧亚大陆的东部地区(亚洲)因含有多个野生和栽培的杏种而成为讨论的焦点。2015年以来,本研究利用来自欧洲、中亚和亚洲东部(主要来自中国)的近600份栽培和野生的杏资源遗传信息,证实了两个野生杏的起源中心,分别是中亚地区的野生普通杏(P. armeniaca)中心和我国北方野生西伯利亚杏(P. sibirica)中心。利用基于溯祖理论的近贝叶斯计算推断出欧亚大陆杏的进化历史,一千六百万至八百万年前的喜马拉雅山快速隆起时期,加速了中亚地区的气候变化和地形地貌改变,从而促成了杏祖先种的遗传分化和中亚西部和东部的杏种的形成(分别为普通杏和西伯利亚杏)。从一系列模型比较中获得了三个独立栽培杏的历史事件,欧洲的栽培杏由中亚北部地区的野生普通杏(P. armeniaca)驯化而来,距今约四千年;中亚南部(巴基斯坦、印度和阿富汗地区)的栽培杏由中亚南部地区的野生普通杏(P. armeniaca)驯化而来,距今约九千年;而中国的栽培杏的驯化事件发生最早,既可能源自中亚北部地区的普通杏(P. armeniaca),又可能源自我国西北地区的自然杏杂种群体。此外,该研究还发现野生和栽培杏种质之间存在广泛的基因流渗透现象,并且欧洲、中亚和中国的栽培杏的驯化过程中没有明显的瓶颈遗传效应。

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该研究首次还原了杏的进化历史和驯化事件过程,探索性回答了杏起源和演化问题,明确了欧洲栽培杏和中国栽培杏的巨大差异源于独立的驯化历史,为进一步探索杏进化和驯化过程中的自然选择和人工选择如何改变杏的遗传信息和表观性状,以及杏种质资源的管理、发掘、利用提供了理论基础。

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