Genome Biology | 中国农科院作科所揭示苦荞起源驯化、传播分化及其与人文环境协同演化规律

责编 | 王一
荞麦，是蓼科（Polygonaceae）荞麦属（Fagopyrum）植物，种植历史悠久，是我国干旱半干旱地区和高海拔冷凉地区的主要栽培作物。荞麦富含芦丁等黄酮类物质，具有降“三高”等保健功效，是重要的药食同源作物。荞麦的农业种植与食用历史悠久，在不同民族和文化中有着不同的传统用法，演化出丰富多样的种质资源。我国西南地区是荞麦的起源和驯化中心，野生荞麦资源分布范围广，遗传变异丰富。中国农科院作科所在第三次全国农作物种质资源普查与收集行动中较为系统的开展了我国荞麦种质资源的考察收集与保护鉴定工作，研究发现西藏自治区野生苦荞分布范围广，农艺性状变异丰富，芦丁含量较高，推测可能是苦荞的起源中心；米荞是我国西盟佤族独有的一种苦荞地方品种，种壳自然开裂易脱壳，受到了人文环境选择；在世界范围内最早种植苦荞的地方都与鞑靼民族有关联，苦荞的英文名字也叫Tartary Buckwheat。这些丰富多样的荞麦种质资源为作物种质资源学理论研究奠定了材料基础。

近日，中国农科院作科所、作物基因资源与育种全国重点实验室研究团队在国际著名期刊Genome Biology上发表了题为Genomic insight into the origin, domestication, dispersal, diversification and human selection of Tartary buckwheat的研究型论文，揭示了苦荞起源驯化、传播分化及其与人文环境协同演化规律。

为揭示苦荞的起源和传播历史，研究团队收集了来自17个国家的567个样本，其中包括来自喜马拉雅地区的野生资源、中国境外的种质资源以及中国西南地区的代表性种质。经过系统发育和遗传结构分析，发现苦荞样本可分为5个主要类群，其中包括来自喜马拉雅地区的喜马拉雅野生类群（HW）、中国西南地区的西南类群（SL）、中国北方地区的北方类群（NL）等。研究结果显示，喜马拉雅地区的苦荞具有更高的遗传多样性，更可能是苦荞的起源地。此外，通过核苷酸多样性和群体间遗传分化指数的估计，支持了苦荞可能是从中国北方传播到欧洲的假设。进一步分析揭示了苦荞传播的时间线和路径：据推测约在3300年前，随着彝族的迁移，苦荞从喜马拉雅地区传播到中国西南地区；约在3000年前，苦荞传播到了中国北方，并在约1500年前进一步分化形成了更高程度驯化的群体；随后约在1000年前，随着蒙古帝国向西扩张，苦荞从中国北方传播到欧洲，形成了其当前的全球分布格局（图1）。

图1. 苦荞的起源、传播历史及与人文环境协同演化规律

人、民族文化和自然环境相互协同，促进了作物种质资源的演变和多样化，反过来，这些多样化的作物种质资源又促进了人文环境的演变。西盟米荞是西盟佤族种植的苦荞农家种，是苦荞中唯一具有果壳薄开裂且易脱壳性状的优异地方品种。佤族先民缺乏铁器，多用石质和木质工具，生产生活环境较为落后，难以加工利用具有较厚种皮不易脱壳的苦荞。在长期的自然选择和人工选择压力下，依据生活习惯选择了果壳薄易脱壳的米荞，最终演化出这一极其特殊的地方品种。现有主栽苦荞品种不易脱壳，加工过程中需要蒸煮才能脱壳，

为解析脱壳遗传机制和加快培育易脱壳品种，研究团队采用PacBio HiFi和Hi-C测序，进行对西盟米荞进行了基因组从头组装，结合比较基因组学和重组自交系QTL 定位，鉴定到编码细胞壁代谢的关键基因木聚糖酶抑制剂（FtXIP, Mq02.g08037）（图1），进一步研究发现启动子区域的SV导致FtXIP的表达降低，最终导致米荞形成易脱壳的性状，研究结果为苦荞脱壳育种提供了宝贵的基因资源。

综上，该研究通过整合群体遗传学和转录组等多组学方法，明确了苦荞的驯化和传播历史，西藏作为野生苦荞资源的多样性中心是野生荞麦资源收集和调查的重点区域；揭示了西盟佤族米荞受人文环境选择的演变规律，解析了易脱壳性状形成的遗传基础，为荞麦优异地方品种的资源保护开发利用提供了指导。

中国农科院作科所何毓琦助理研究员、张凯旋副研究员和博士生石亚亮等为共同第一作者，中国工程院刘旭院士和周美亮研究员为共同通讯作者。贵州师范大学陈庆富教授、四川凉山彝族自治州农业科学研究院王俊珍研究员、四川旅游学院唐宇教授、英国南安普顿大学Mark A. Chapman教授等国内外合作者参与了该研究。本研究得到了国家自然科学基金和中国农科院青创项目的资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1186/s13059-024-03203-z