【摘 要】
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作物杂草化一直以来都是作物学领域的一大难题,尤其是杂草稻(Oryza sativa f.spontanea)的起源与演化,至今尚未破解。杂草稻具有很强的生态适应性,但其种群独特的遗传特征是如何被逐渐塑造的还不是十分清楚。高纬度杂草稻是伴生在粳型栽培稻中的一类常见的稻田杂草型水稻,它具有典型的杂草入侵特性,如强大的繁殖能力、侵入性、资源竞争和高表型可塑性,此外还严重缺乏可用于控制的除草剂。同时,杂草
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作物杂草化一直以来都是作物学领域的一大难题,尤其是杂草稻(Oryza sativa f.spontanea)的起源与演化,至今尚未破解。杂草稻具有很强的生态适应性,但其种群独特的遗传特征是如何被逐渐塑造的还不是十分清楚。高纬度杂草稻是伴生在粳型栽培稻中的一类常见的稻田杂草型水稻,它具有典型的杂草入侵特性,如强大的繁殖能力、侵入性、资源竞争和高表型可塑性,此外还严重缺乏可用于控制的除草剂。同时,杂草稻还具有类似于野生稻(Oryza rufipogon)遗传特性,如种子落粒、红色果皮和黑色壳,这使杂草稻成为研究水稻驯化和适应性的优秀模型。随着高通量测序与基因编辑等技术的日渐成熟,本研究将其应用于杂草稻群体特异性的群体遗传学研究与进化分析,主要结果如下:1,本研究基于简化基因组测序对高纬度杂草稻与栽培稻系统进化地位进行了分析,结果表明高纬度杂草稻在温带粳稻的类群中,具有一个相对独立系统进化地位。2,杂草稻与伴生栽培稻比,种群具有较小的平均基因多样性(π),但选择特征参数Tajima’s D却相对更高。这暗示着与栽培稻相比,高纬度杂草稻基因组中可能具有某些未驯化位点。基于基因组滑窗的基因多样性系数π、Tajima’s D的种群选择清除分析,进一步明确了高纬度杂草稻种群基因组的未驯化区域,并且明确的标识了基因组未受驯化区域内的已知功能基因。3,通过遗传分化系数Fst对杂草稻与栽培稻基因组分歧区域判定。同时对于区域内杂草稻与栽培稻的全部基因,我们进行KEGG分析和GO分析。我们通过对杂草稻和栽培稻分歧区域的判定,进一步明确了粒型基因有显著的基因组分化特征。4,本研究进一步对包括杂草稻在内的282份样本的粒型进行了调查,结果表明杂草稻的粒长与粒宽的表型均与栽培稻具有显著的差异,粳型栽培稻比伴生杂草稻的粒宽比更窄,粒长更短。通过全基因组关联分析进一步确定了GW5/GSE5区域对于杂草稻与栽培稻粒型的遗传分化具有贡献。进一步应用CRISPR-case9基因编辑技术敲除了杂草稻粒型基因GW5/GSE5,目前已经获得了基因编辑的T1代,这为进一步明确GW5/GSE5基因对杂草稻与栽培稻遗传分化的贡献提供重要证据。
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