New Phytologist | SSR标记在作物扩散研究中的应用

原创上海天昊生物

英文题目：Holocene land and sea-trade routes explain complex patterns of pre-Columbian crop dispersion

中文题目：全新世陆地和海上贸易路线解释了哥伦布发现新大陆之前作物扩散的复杂模式

期刊名： New Phytologist（一区）

影响因子：8.512

发表时间：2020-10-22

摘要一览

前哥伦布时期作物的扩散运动仍然鲜为人知，这阻碍了对新热带作物驯化和多样化的良好解释。为了对前哥伦布时期的作物运动提供新的见解，研究者应用空间遗传学来识别和比较中美洲和安第斯山脉之间三种美洲作物的传播路线，这两个地区是前哥伦布时期作物和文化多样性的两个重要中心。本研究利用SSR分子标记对不同地理位置的1852个番荔枝、770种玉米和476种菜豆进行SSR基因型分析。结果表明，在更古老的玉米和其他作物通过中美洲陆地和近海岸水域散布之后，人类通过至少4700年的长时间海上贸易路线，将番荔枝从中美洲带到了现在的秘鲁。据了解，这是中美洲和安第斯山脉之间横跨太平洋的前哥伦布时期作物运动的第一个证据，为美洲前哥伦布时期的作物交换提供了新的见解。作者认为，番荔枝代表了一个更广泛的多年生水果作物群体，人类通过跨太平洋的中美洲和安第斯山脉之间的海上贸易路线来进行传播。

研究方法

提取DNA后，利用毛细管电泳方法分别对1852个番荔枝的9个SSR、770个玉米的92个SSR和476个菜豆的36个SSR进行基因型分析，检测结果重复2次以上。

样本多样性的地理模式是利用SSR分型数据集，基于空间位置遗传多样性指数(等位基因丰富度(allelic richness, AR)和预期杂合性(expected heterozygosity, HE))结果获得的。利用STRUCTURE软件来分析样本的群体遗传结构。NJ邻接进化树使用ADEGENET R包计算的Nei遗传距离构建的。

研究结果

图1、本研究中使用的植物材料及取材地理位置。(a) 1852份番荔枝，(b) 770份玉米和(c) 476份菜豆材料。

图2、样本空间位置整合的预期杂合度值。

图3、番荔枝(a)、玉米(b)和菜豆(c)的STRUTURE结果。

图4、番荔枝(a)、墨西哥种植玉米(b)和豆类(c)的NJ邻接进化树。

图5、中美洲和南美洲各自等位基因的地理丰富性显示了不同作物之间的差异模式。

图6、在人类历史不同时期中美洲和安第斯山脉的多种作物扩散路线模型。

研究结论

本研究表明，前哥伦布时代番荔枝通过中美洲和安第斯山脉之间的长距离海上贸易路线扩散。番荔枝的扩散历史与玉米和菜豆的扩散历史形成对比。玉米最有可能通过中美洲地峡、陆地、海岸附近或两者的结合而扩散。安第斯山脉则是菜豆的驯化中心，而厄瓜多尔和哥伦比亚之间的边境地区是安第斯和中美洲基因库之间的杂交区，因为来自该地区的豆类地方品种显示出高水平的遗传多样性，因此此处可能是重要的作物交换区。本研究为三种作物的地方品种进行原地和异地保护提供了可能。