浙江大学农业与生物技术学院樊龙江教授领导的一个国际研究团队，通过对全球稻区杂草稻（俗称鬼稻）材料采集与分析，发现水稻在世界各稻区均存在野化或去驯化的现象，并提供了全球水稻趋同野化的基因组特征。相关研究成果“Diverse genetic mechanisms underlie worldwide convergent rice feralization”近日在线发表在国际知名学术期刊《Genome Biology》（https://genomebiology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13059-020-01980-x）。这是首次全球范围的调查研究，研究成果对水稻进化、资源利用和杂草稻防控具有重要意义。


樊龙江教授领导的团队共收集了来自16个国家的524份杂草稻材料，涵盖全球各大洲主要稻区（图1）。通过基因组重测序，获得了这些材料的全基因组水平变异，进而结合已有当地栽培稻和野生稻基因组数据资源，合计1000多份个体材料开展了群体遗传学分析。


图1 全球稻区杂草稻材料采集地区和数量分布
“野化”（feralization）或去驯化（de-domestication）是生物界经常发生的一个遗传现象，是指栽培作物和家养牲畜家禽等从人工（农业）环境回归自然环境，恢复野生特征。目前对作物进化的研究大多都集中于作物的驯化起源，即野生植物被人工选择的进化过程，对 “去驯化”的进化研究鲜有报道。樊龙江团队2017年首次报道了中国稻区发生大规模水稻去驯化的基因组证据（Qiu et al., 2017. Nature Communications）。该研究是在此基础上，进一步对全球范围稻区的杂草稻进行了调查研究。
杂草稻目前已成为世界性的稻田恶性杂草，在亚洲、南美洲等稻区大面积分布，严重危害全球水稻生产。由于近年来直播稻的推广，我国稻区杂草稻大面积发生，且日趋严重，特别是江苏、广东、辽宁和宁夏等地。杂草稻已成为我国稻田杂草中除稗草外最严重的杂草之一。杂草稻经过环境适应进化，具备落粒特征，种子成熟即散落田间，然后来年随水稻耕作生长季节与栽培稻伴生。由于其遗传背景与栽培稻极其相似，除草剂难以根除，给水稻生产带来极大影响。
该研究获得最重要发现是全球稻区发生的野化水稻（杂草稻）都来自栽培稻。除了在少数地区存在少量野生稻遗传渗入（如马来西亚和我国南方等野生稻分布区域），目前的杂草稻均来自栽培稻的去驯化过程。而最有趣的结果是发现水稻非常近代（水稻矮化育种之后）发生去驯化的证据。研究发现，水稻去驯化过程是一个持续的过程，在各地历史上持续多次发生，甚至有些发生绿色革命——矮化育种之后。例如，江苏、浙江等地区大量杂草稻材料，起源自上世纪80年代江苏地区主要推广品种“南京11”（图2）。同时，这样的主要起源品种（founder）还在韩国等地发现。

图3亚洲杂草稻群体来源于若干主要栽培稻品种（founder）。右图包括其中一个起源品种——“南京11”的选育系谱（上）及其与27份杂草稻材料（分别来自江苏、浙江和广州）的系统发育关系（下）

农业与生物技术学院作物科学研究所邱杰博士（现任教上海师范大学）、博士生贾磊和吴东亚为该论文共同第一作者，樊龙江教授和美国华盛顿大学Kenneth Olsen教授为通讯作者。来自中国、美国、巴西、意大利、日本、澳大利亚、马来西亚、菲律宾等国内外12个研究团队参与了该研究。该研究得到国家自然科学基金的项目资助。
（作物所供稿）