近日，揚州大學園藝與植物保護學院蔥蒜生物學團隊聯合國內外多個科研團隊共同揭示了大蒜種群進化歷史，發現中國主栽的四六瓣蒜和多瓣蒜是獨立馴化的兩個大蒜組群。研究成果以題為“Genomic insights into the evolutionary history and diversification of bulb traits in garlic”發表在Genome Biology（中科院一區， IF=17.9）。
大蒜是我國重要的蔬菜作物，年播種面積達上千萬畝。大蒜也在世界各國廣泛種植，并有數千年種植歷史。一般認為，大蒜起源于中亞、西亞或地中海區域，但有關其確切的起源中心，目前仍然未知。此外，對于大蒜的野生祖先種也頗具爭論，分類學等證據認為大蒜由野生Allium longicuspi 馴化而來，但也有學者提議Allium tuncelianum才是大蒜野生祖先。可見，有關大蒜的進化起源當前知之甚少。
該研究首先通過GBS技術對230個大蒜種質進行測序以推斷群體結構，發現大蒜種質主要存在四個類群，其中位于中國主栽的四六瓣蒜和多瓣蒜種質分別來自CG1和CG2組群，另有一個類群OG，其親緣關系更接近韭蔥，且主要來源于地中海、中西亞等大蒜起源地，推測OG基因組更接近大蒜野生種。然后通過對84個核心種質進行重測序，共檢測到129.4 Mb變異。有效群體動態分析、基因流和馴化選擇區間分析推測CG1和CG2分化于數十萬年前，之后各自獨立馴化。深入分析CG1和CG2的有害突變，發現大蒜經長期獨立進化/馴化后，組群間的有害突變重復率極低（<9%）。大規模的RNA-sequencing也表明，長期獨立進化和馴化導致CG1和CG2組群間的轉錄組結構實現了重塑，9400個大蒜基因在兩組群間存在表達差異。
鱗芽數和鱗芽重量決定了大蒜鱗莖產量，它們在三個組群間存在顯著差異。例如，CG1為四六瓣蒜，其鱗芽數顯著低于OG和CG2類群。研究人員結合關聯轉錄組分析、全基因組關聯分析和單倍型分析等證據，鑒定到一個TB1同源的Asa2G00245.1和一個AXR同源的Asa2G00503.1為鱗芽數性狀候選基因，并發現它們在CG1組群中受到強烈選擇。推測它們的選擇與CG1種質鱗芽數少相關。此外，該團隊還開展了鱗芽膨大前后的鱗莖部位轉錄組分析，發現4658個大蒜基因在鱗莖膨大期發生了表達變化。進一步的關聯轉錄組和單倍型分析證據顯示，差異表達的Asa6G06199.1（Flowering locus T 同源基因），DELLA基因Asa2G00237.1和GA20氧化酶基因 Asa4G02474.1可能為鱗莖重量性狀候選基因。有意思的是，研究人員發現這些鱗芽性狀候選基因要么僅在CG1中受到選擇，要么僅在CG2中具有選擇信號，推測鱗芽性狀在兩個組群間的進化選擇是獨立進行的。
綜上所述，本研究發現中國主栽的四六瓣和多瓣蒜大蒜組群源自于獨立馴化。長期獨立進化/馴化導致兩組群大蒜轉錄組結構重塑，有害突變單獨積累，且鱗芽性狀相關基因要么僅在CG1中具有選擇信號，要么僅在CG2中受到選擇，導致了鱗芽性狀在兩組群間高度分化。
揚州大學青年教師高松為該論文并列第一作者，劉頭明教授為通訊作者，該研究得到國家自然科學基金、中國農業科學院農業科技創新工程、中央公益性基本業務費及山東省重點研發計劃等項目資助。
論文鏈接：
https://genomebiology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13059-022-02756-1
日期：2022-09-09
大蒜是我國重要的蔬菜作物，年播種面積達上千萬畝。大蒜也在世界各國廣泛種植，并有數千年種植歷史。一般認為，大蒜起源于中亞、西亞或地中海區域，但有關其確切的起源中心，目前仍然未知。此外，對于大蒜的野生祖先種也頗具爭論，分類學等證據認為大蒜由野生Allium longicuspi 馴化而來，但也有學者提議Allium tuncelianum才是大蒜野生祖先。可見，有關大蒜的進化起源當前知之甚少。
該研究首先通過GBS技術對230個大蒜種質進行測序以推斷群體結構，發現大蒜種質主要存在四個類群，其中位于中國主栽的四六瓣蒜和多瓣蒜種質分別來自CG1和CG2組群，另有一個類群OG，其親緣關系更接近韭蔥，且主要來源于地中海、中西亞等大蒜起源地，推測OG基因組更接近大蒜野生種。然后通過對84個核心種質進行重測序，共檢測到129.4 Mb變異。有效群體動態分析、基因流和馴化選擇區間分析推測CG1和CG2分化于數十萬年前，之后各自獨立馴化。深入分析CG1和CG2的有害突變，發現大蒜經長期獨立進化/馴化后，組群間的有害突變重復率極低（<9%）。大規模的RNA-sequencing也表明，長期獨立進化和馴化導致CG1和CG2組群間的轉錄組結構實現了重塑，9400個大蒜基因在兩組群間存在表達差異。
鱗芽數和鱗芽重量決定了大蒜鱗莖產量，它們在三個組群間存在顯著差異。例如，CG1為四六瓣蒜，其鱗芽數顯著低于OG和CG2類群。研究人員結合關聯轉錄組分析、全基因組關聯分析和單倍型分析等證據，鑒定到一個TB1同源的Asa2G00245.1和一個AXR同源的Asa2G00503.1為鱗芽數性狀候選基因，并發現它們在CG1組群中受到強烈選擇。推測它們的選擇與CG1種質鱗芽數少相關。此外，該團隊還開展了鱗芽膨大前后的鱗莖部位轉錄組分析，發現4658個大蒜基因在鱗莖膨大期發生了表達變化。進一步的關聯轉錄組和單倍型分析證據顯示，差異表達的Asa6G06199.1（Flowering locus T 同源基因），DELLA基因Asa2G00237.1和GA20氧化酶基因 Asa4G02474.1可能為鱗莖重量性狀候選基因。有意思的是，研究人員發現這些鱗芽性狀候選基因要么僅在CG1中受到選擇，要么僅在CG2中具有選擇信號，推測鱗芽性狀在兩個組群間的進化選擇是獨立進行的。
綜上所述，本研究發現中國主栽的四六瓣和多瓣蒜大蒜組群源自于獨立馴化。長期獨立進化/馴化導致兩組群大蒜轉錄組結構重塑，有害突變單獨積累，且鱗芽性狀相關基因要么僅在CG1中具有選擇信號，要么僅在CG2中受到選擇，導致了鱗芽性狀在兩組群間高度分化。
揚州大學青年教師高松為該論文并列第一作者，劉頭明教授為通訊作者，該研究得到國家自然科學基金、中國農業科學院農業科技創新工程、中央公益性基本業務費及山東省重點研發計劃等項目資助。
論文鏈接：
https://genomebiology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13059-022-02756-1
日期：2022-09-09
