給紅薯做個親子鑒定！科學(xué)家破解紅薯古老起源和馴化之謎

甘薯的四倍體祖先種（左）、二倍體祖先種（中）和甘薯（右）植株。

·該研究鑒定出甘薯的祖先種，挖掘到參與甘薯馴化過程的基因，隨后，有望通過雜交、基因編輯等方式，對甘薯進行改良。

人類吃了快一萬年的天然轉(zhuǎn)基因作物紅薯，又名甘薯，是重要的糧食作物，但它的起源始終是個謎，馴化過程也不清楚。

這導(dǎo)致甘薯遺傳學(xué)、基因組學(xué)及育種等領(lǐng)域面臨困難，制約著甘薯品種的改良和近緣野生種的利用。

近日，來自中國、比利時和德國的科學(xué)家團隊在國際學(xué)術(shù)期刊《分子植物》（Molecular Plant）的發(fā)表研究論文，鑒定了甘薯的二倍體和四倍體祖先種，研究表明甘薯由兩個祖先種正反交，并經(jīng)歷基因組加倍而來。在甘薯形成后，大約50%的區(qū)域發(fā)生了亞基因組間的基因交換。

該論文的標(biāo)題是《基于單倍型的系統(tǒng)發(fā)育分析和群體基因組學(xué)揭示甘薯的起源和馴化》（Haplotype-based phylogenetic analysis and population genomics uncover the origin and domestication of sweetpotato）。

2017年8月，上海辰山植物園等機構(gòu)科學(xué)家聯(lián)合發(fā)表論文率先解析甘薯基因組。

揭秘從祖先種形成甘薯的過程，有望加速甘薯的育種和改良

近緣野生種具有較高的遺傳多樣性和抗性優(yōu)勢，是作物改良的重要資源庫，可以通過雜交或基因編輯等手段，將祖先種的優(yōu)異性狀基因?qū)胱魑镏?。此前，科學(xué)家經(jīng)過數(shù)十年的努力，希望通過近緣野生種雜交的方式培育出人工雜交六倍體甘薯，但尚未取得理想的進展。其中最大的限制是，甘薯的祖先種和起源方式尚不明確，因此無法人工模擬甘薯的形成。

前述最新發(fā)表的研究論文稱，甘薯的二倍體祖先種可能是二倍體赤道番薯，其四倍體祖先種是四倍體甘薯。

通過比較甘薯和兩個祖先種群體間的遺傳多樣性，研究人員發(fā)現(xiàn)，許多重要功能基因受到自然選擇和人工馴化選擇，這些功能基因包括塊根形成、基因組穩(wěn)定性維持、生物學(xué)抗性、糖運輸、鉀吸收。

上海辰山植物園顏夢曉副研究員和重慶師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院李明副研究員是該論文的共同第一作者。

顏夢曉告訴澎湃科技，研究人員對甘薯祖先種的鑒定和馴化機制的解析，有助于科學(xué)家理解祖先種形成甘薯的機制，使得我們有機會在實驗室里重演這一過程，可以加速甘薯的育種和改良。

顏夢曉進一步解釋說，首先，這一研究成果根據(jù)多重遺傳學(xué)證據(jù)，鑒定了甘薯的二倍體、四倍體祖先，確定了甘薯的形成方式，這為人工雜交產(chǎn)生新的甘薯奠定了重要的理論基礎(chǔ)。其次，該研究發(fā)現(xiàn)了參與甘薯馴化過程的諸多基因，可以通過雜交、基因編輯等方式，利用這些基因資源進一步改良甘薯和其他塊根類作物。

天然轉(zhuǎn)基因片段幫助找到甘薯的祖先種

對于該研究的創(chuàng)新性，顏夢曉表示，甘薯是天然轉(zhuǎn)基因作物，其基因組內(nèi)含有來自農(nóng)桿菌的T-DNA序列。該研究巧妙地運用這些T-DNA序列作為分子標(biāo)記，快速、準(zhǔn)確地鑒定出了甘薯祖先種。其次，由于甘薯與其祖先種的關(guān)系非常緊密，常規(guī)的方法難以準(zhǔn)確解析，該研究提出了利用多倍體同源單倍型開展系統(tǒng)發(fā)育分析的新方法。該方法還有望應(yīng)用于其他多倍體物種間親緣關(guān)系解析，輔助其他多倍體作物起源解析研究。

此外，研究人員突破傳統(tǒng)甘薯起源理論的思維限制，綜合多重遺傳學(xué)證據(jù)，提出了新的起源假說，合理解釋了甘薯亞基因組和母系起源。

據(jù)澎湃新聞此前報道，2017年8月，上海辰山植物園等機構(gòu)科學(xué)家聯(lián)合發(fā)表論文率先解析甘薯基因組，相關(guān)論文在線發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《自然·植物》（Nature Plants）。最新發(fā)表的研究論文是此前研究的進一步深化。

最新發(fā)表的研究論文：

https://www.cell.com/molecular-plant/pdf/S1674-2052(23)00413-6.pdf?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS1674205223004136%3Fshowall%3Dtrue

2017年發(fā)表的相關(guān)研究論文：

https://www.nature.com/articles/s41477-017-0002-z