研究发现花期隔离是野生稻种间生殖隔离的决定

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研究发现花期隔离是野生稻种间生殖隔离的决定因素
据EurekAlert!：物种形成是生物多样性形成的根源，是自达尔文以来科学家们从未停止探索的科学主题。要阐明物种形成的机制，理解生殖隔离的起源和影响因素至关重要。尽管迄今对模式生物开展了深入的研究，但对自然界发生的物种形成过程中生殖隔离的机制及其影响因素了解的仍然十分有限。
近日，Science China Life Sciences 在线发表了中国科学院植物研究所葛颂研究员团队最新研究成果“Divergence in flowering time is a major component contributing to reproductive isolation between two wild rice species (Oryza rufipogon and O. nivara)”。该研究以水稻祖先野生种Oryza rufipogon和O. nivara为对象，采用人工杂交实验结合同质园观察，探讨了导致两种野生稻物种间产生生殖隔离的各种因素，证明花期隔离是决定新物种O. nivara起源的关键。
以往研究表明，O. nivara是大约15万年前因适应干旱环境而起源于O. rufipogon的新物种，为研究生殖隔离的起源及其机制提供了一个理想体系。该研究选取O. nivara和 O. rufipogon天然分布区内代表性的3个同域分布天然种对群体，进行了包括种间、种内群体间和群体内个体间共238个组合的人工杂交实验，据此计算了以杂交结实率、F1杂种生活力和育性等为指标的合子后隔离强度。与此同时，根据前期同质园实验所获得的开花时间记录，计算了花期差异程度作为合子前隔离强度。
结果表明，O. nivara开花时间平均早于O. rufipogon 80天左右，二者的开花高峰期完全不重叠；而二者的杂交结实率、F1杂种的生活力和育性与亲本种均无显著差异。该研究还发现，以O. nivara为母本的杂交组合与以O. rufipogon为母本的杂交组合相比，具有更高的结实率；而且去雄操作会影响杂交实验的结实率。综上，该研究证明花期隔离是导致O. rufipogon和O. nivara之间产生生殖隔离的关键因素，花期提前是新种O. nivara适应新环境的直接后果。
该研究受到中国国家自然科学基金(91731301)、中国国家科学院(XDB31000000; XDA08020103)和CAS/SAFEA International Partnership Program for Creative Research Teams资助。
原文链接： doi/10.1007/s11427-019-1678-6
相关报道：中日团队首次揭示：基因成簇排列是水稻抗杂草的关键
据科技日报报道，浙江大学农业与生物技术学院樊龙江教授团队联合日本科学家团队经过5年攻关，首次揭示了相关基因在基因组上成簇排列是水稻合成对抗稗草的“生化武器”稻壳素的关键，同时证实这样的基因成簇进化事件，通过趋同进化在植物界已独立发生了多次。
相关成果发表在《美国科学院院报》上。报道称，为应对以稗草为主的稻田杂草，种植户会选择喷打除草剂，但这一做法会造成农药残留、污染土壤和生产成本增加。除了借用外力，水稻自身也进化出了稻壳素这一防御性的次生代谢产物，可通过根系分泌，抑制周边稗草等植物的生长。探究稻壳素的生成机制，对于未来水稻育种尤为重要。
樊龙江说，基因簇在进化上有选择优势，防御抵御外来的影响，基因成簇似乎是合成稻壳素的必要条件。科研人员还发现，稻壳素的合成是物竞天择的独立进化事件。“也就是说，未来还可能发现具有稻壳素的其他植物。”樊龙江说。

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