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北师大生态学研究所破解了核桃遗传学起源的之谜
??生态学研究所??2019-06-17??浏览次数:

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本项目利用基于基因组数据的系统发育和种群遗传学分析方法,对栽培核桃的进化起源问题进行了研究。结果发现栽培核桃是由两个早已灭绝的物种在大约345万年前杂交形成的。在渐新世晚期,核桃从美洲到达欧洲,然后扩散至亚洲并进一步在欧洲扩张,黑核桃和白核桃的祖先在大约345万年前相遇并杂交。尽管核桃在亚洲和新大陆进一步分化,但它们在更新世气候动荡期间从欧洲消失了,最终只有新形成的杂交谱系存活下来并形成今天的栽培核桃。论文已在本领域国际权威刊物Molecular Biology and Evolution(IF2017=10.217)在线发表,并被美国科学促进会新闻发布网站等多家国外科学新闻媒体报道https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-06/mbae-sco052919.phphttps://phys.org/news/2019-06-scientists-persian-walnut.html)。https://www.sciencedaily.com/releases/2019/06/190604172648.htm
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附:国外新闻报道译文
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波斯核桃(Juglans regia;译者注:即栽培核桃)是一种重要的经济作物,因其高品质的木材和美味的坚果而享誉世界。波斯核桃是核桃属22个物种之一,核桃属包括黑核桃、白核桃和美洲白核桃(butternut),分布在欧洲、美洲和亚洲。
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中国的产量居世界首位,其次是美国的加利福尼亚、土耳其和伊朗。但目前,有关核桃的起源和进化仍不清楚。核桃有丰富的化石记录;化石证据表明核桃属植物的起源以及最初分化为黑核桃和白核桃两大支大约发生在3500~4500万年前的北美。核桃的起源与分化如此古老,意味着黑核桃和白核桃的祖先应该都有足够的机会通过白令陆桥和北大西洋大陆桥迁移到旧大陆,但在欧洲和亚洲的化石记录中人们只发现了白核桃,波斯核桃的古老化石则缺失。
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利用基于基因组数据的系统发育和种群遗传学分析方法,研究人员现在破解了这个谜团,认为波斯核桃是由两个早已灭绝的物种在大约345万年前杂交形成的。
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对于核桃属19个物种的2900个单拷贝核基因进行分析,该团队仍未能理清北美、亚洲和波斯核桃物种之间的亲缘关系。然而,他们排除了不完全的谱系分选作为系统发育不确定性的原因。“这让我们推测,古老的杂交可能导致了波斯核桃和美洲白核桃的起源,”资深作者之一、种群遗传学家张大勇说。
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为了验证他们的杂交假说,研究者对核桃属22个物种中的19个物种的80个体进行全基因组测序,而不再是关注单个基因。
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“我们应用了一系列基于全基因组数据的分析方法进行杂交检测和物种形成模型的确定,从而估测出波斯核桃的起源时间”,另一位资深作者白伟宁说。“最后,除波斯核桃外,我们还鉴定了铁核桃(J. sigillata)和美洲白核桃(J. cinerea)的基因组组成。”作者根据核桃果实的化石及基因组证据,构想的可能情景是“在渐新世晚期,核桃从美洲到达欧洲,然后扩散至亚洲并进一步在欧洲扩张,黑核桃和白核桃的祖先在大约345万年前相遇并杂交。尽管核桃在亚洲和新大陆进一步分化,但它们在更新世气候动荡期间从欧洲消失了,最终只有新形成的杂交谱系存活下来并形成今天的波斯核桃。”
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“我们所有的全基因组分析结果全都清晰地说明,美洲白核桃和波斯核桃是杂交起源的。”作者说。“我们的研究结果解决了美洲白核桃起源的争议问题,它是由一支迁移到美洲的亚洲白核桃通过花粉覆没使得美国黑核桃被大量的白核桃核基因渗入所导致的。”