中国农科院作科所周美亮团队揭示苦荞起源传播驯化之谜

来源：BioArt植物

2021年1月12日，中国农业科学院作物科学研究所周美亮课题组在Genome Biology 发表了题为Resequencing of global Tartary buckwheat accessions reveals multiple domestication events and key loci associated with agronomic traits的研究论文。该研究利用二代测序手段对在全球范围内搜集到的510份苦荞（Fagopyrum tataricum）种质进行基因组测序，全面系统的解析了苦荞的起源、传播、分类、驯化及重要农艺和品质性状关键遗传位点，为苦荞的性状改良和品质育种提供重要的理论依据。

苦荞属于蓼科荞麦属，是一种起源于中国的广泛栽培于北半球的假谷类作物。“一月开花，两月结果，三月收获。”长期以来，在中国西南彝区、边疆藏区和高海拔冷凉山区，苦荞是当地人的主要粮食。苦荞富含多种生物活性物质、可溶性膳食纤维、维生素和矿物质元素等。其中黄酮类物质，如芦丁、槲皮素、牡荆素、表儿茶素等，具有降三高、防治心脑血管疾病及多种慢性病等作用。因此，苦荞正受到更多都市人的青睐。然而，目前关于苦荞的遗传基础和驯化过程并不清楚，重要性状和品质形成机理研究缺乏，这严重制约其性状改良和遗传育种。

中国农业科学院作科所周美亮团队利用二代测序对510份苦荞核心种质资源进行了基因组测序，挖掘到109多万个SNP，全面系统地构建了苦荞基因组变异图谱。解析了苦荞种质资源的遗传多样性和群体结构，揭示了苦荞的起源和传播路径，挖掘出多个中国南、北两个群体间的独立驯化区间，明确了我国西南地区作为全世界苦荞多样性中心和栽培苦荞起源、驯化中心的独特地位。另外，该研究还利用GWAS定位到苦荞产量和黄酮生物合成相关的关键基因并进行了功能解析，为研究苦荞驯化和性状改良奠定了重要的理论基础。该工作对荞麦研究具有极大的促进作用。

论文解读

苦荞隶属蓼科荞麦属，是一种重要的假谷类和药食两用作物，富含多种生物活性物质、可溶性膳食纤维、维生素和矿物质元素等。其中黄酮类物质，如芦丁、槲皮素、牡荆素、表儿茶素等，具有降三高、防治心脑血管疾病及多种慢性病等作用。苦荞因其对环境的适应力强、生育期短，是高海拔冷凉地区和彝族同胞的主要粮食作物。我国是世界荞麦的起源中心和多样性中心，已有4000多年的栽培历史，目前我国荞麦栽培面积接近100万公顷，年产量超过120万吨，栽培面积和产量仅次于俄罗斯，位居世界第二。然而目前关于苦荞的遗传基础和驯化过程并不清楚，严重制约着其性状改良和品质育种。

苦荞

研究人员利用二代测序对510份苦荞核心种质资源进行了基因组测序，挖掘到109多万个SNP，全面系统的构建了苦荞基因组变异图谱。通过进化分析、主成分分析、群体结构分析及遗传分化系数分析，将510份种质分为三个群体，即一个野生群体和两个栽培群体。这三个群体具有明显的地区特征，野生群体主要分布在喜马拉雅区域，栽培群体主要分布在中国南方和中国北方，从分子水平验证了苦荞起源于喜马拉雅地区，然后传播到中国的南方和北方，形成中国南北栽培苦荞的两个独立分支，由中国北方传播到韩国、中亚、俄罗斯、欧洲以及北美地区。

为了挖掘苦荞驯化过程中的受选择区间，研究人员通过分别计算野生群体与两个栽培群体间的XP-CLR和DCMS并结合重要农艺性状的GWAS分析，在两个栽培群体中分别鉴定到与株高、千粒重、果皮颜色等农艺性状相关的独立驯化区间及重要遗传位点。并且通过计算栽培群体间的遗传分化系数，同时结合野生群体和栽培群体间的核苷酸多样性比较，在两个栽培群体中分别挖掘到各自的特有驯化区间。除此之外，该研究还对利用GWAS分析挖掘到的产量和芦丁生物合成相关的关键基因进行了功能解析。该研究为研究苦荞驯化和性状改良奠定了重要的理论基础。

周美亮团队副研究员张凯旋、博士后何铭、博士生范昱、赵辉以及高斌博士为该论文第一作者，周美亮研究员为通讯作者。该研究得到了四川省凉山彝族自治州西昌农业科学研究所高山作物试验站、比利时鲁汶大学、捷克国家作物科学研究所、斯洛文尼亚农业研究所和日本九州冲绳农业研究中心等国内外10余家科研单位10余的大力支持。该研究得到国家重点研发计划、欧盟地平线2020项目、国家自然科学基金等项目的支持。