谷子近缘野生种的
亲缘关系及其利用
研究
谷子在约1万年前由青狗尾草驯化而来，我国是谷子的起源中心。谷子所属的狗尾草属在全世界约有个种，其中中国有15个种，从二倍体到八倍体均有。
近期，赵美丞等人在《作物学报》上发表了题为“谷子近缘野生种的亲缘关系及其利用研究”的文章，研究人员通过整理前人关于谷子近缘野生种的研究，论述了谷子近缘野生种在谷子起源与驯化、遗传育种中起到的作用，并对谷子近缘野生种在谷子驯化及育种中的进一步研究利用作出展望。
研究人员通过修订整理前人关于谷子近缘野生种的植物学分类发现，狗尾草属属于禾本科、黍亚科、黍系、黍族。美国密苏里大学的Kellog教授团队对单子叶植物及狗尾草属植物分类的研究上有着较为完善的体系，该团队最新研究发现，狗尾草属由99个种构成，认为狗尾草属植物起源于温带地区，并对狗尾草属的主要物种分布地、染色体数目等信息进行了梳理汇总（表1）。根据《中国植物志》等相关文献发现，我国大约有15个种、3个亚种、5个变种，其中列入中国狗尾草分种检索表的有9个种、1个变种。研究人员整理发现，关于狗尾草属的研究缺乏合作，导致狗尾草属文献中存在同种多名和同名多种的现象，因此狗尾草属确切的种的数量还有待于研究。
表1狗尾草属物种的分布与染色体倍性
研究人员对谷子近缘野生种的染色体和基因构成进行整理发现，由于青狗尾草是谷子祖先，且对该种的研究最早，所以将谷子和青狗尾草基因组命名为A；年BenabddelmounaA等通过GISH（基因组原位杂交）技术发现S.adhaerans的基因组不同于A，因而被命名为B；基于相同原理，在年WangYQ等发现二倍体物种S.grisebachii的基因组不能与A和B杂交，所以确定其基因组为C；在年ZhaoMC等人发现金色狗尾草（S.glauca）的基因组为D；皱叶狗尾草（S.plicata）和棕叶狗尾草（S.palmifalia）是2个多年生种，均为多倍体，GISH杂交分析表明两者的基因组相似度很高，因此将二者的基因组命名为E；在年ZhaoMC等人对断穗狗尾草（S.arenaria）研究发现，其亲缘关系与目前已知的狗尾草种较远，因此将其基因组命名为F。基于GISH分析和系统进化分析，对基因组构成及系统进化关系进行总结和梳理（表2和图1）。基于蛋白质标记和基因组序列标记研究发现的结果与GISH技术得到的结果相一致，这进一步为狗尾草属不同物种多起源观点提供有利证据。
表2狗尾草已知的基因组构成
图1基于knotted1和5SrDNA基因构建的狗尾草属系统进化树
注：种名后字母代表不同的拷贝，6个不同的基因组（A～F）被区分开来。
研究人员利用ISSR（简单重复序列间标记）技术和Transposondisplay（转座子显示）技术发现谷子是单起源作物，且起源于中国的北方。Mamidi等对多份青狗尾草进行重测序分析和全基因组关联分析发现一个调控种子落粒性基因LessShattering1（SVles1），它是MYB类家族的一个转录因子，其在谷子的等位基因被一个Copia家族的LTR转座子插入，造成SVles1功能失活及落粒性的降低，对解析狗尾草向谷子驯化的过程具有重大意义。通过种间杂交和后代回交完成核代换，已经证明是选育植物雄性不育系的有效途径之一。但在谷子雄性不育系的选育过程中发现，在谷子、青狗尾草和法式狗尾草的杂交过程中选育出的质核互作型雄性不育系无法进行商业化应用，开展更远范围的种间核代换，有可能是获得成功的关键。近缘种在培育谷子品种中利用最成功的是抗除草剂品种，涉及的狗尾草有青狗尾草、法式狗尾草、轮生狗尾草和金色狗尾草等，涉及的除草剂有阿特拉津、氟乐灵、拿捕净、咪唑乙烟酸等多种生产上常用的类型（表3）。利用这些天然抗除草剂野生种质资源，研究人员已经育成了一系列具有应用价值的抗除草剂谷子新材料，并对部分抗性材料所携带的抗性基因进行分析。将这几种抗性基因转移到谷子中，创造了抗除草剂的谷子种质。
表3已鉴定的自然突变抗除草剂狗尾草
综上所述，作物的野生近缘种是作物种质资源的重要组成部分，谷子在这方面研究有限，加强谷子近缘种的收集整理，系统分析谷子近缘种的衍化关系，发掘其中蕴含的丰富优异基因，将完善我国谷子资源的结构内容，促进谷子遗传育种水平的提升。为禾谷类作物提供优异的基因资源，将我国谷子资源优势转化为科技和生产力。
原文信息：
赵美丞,刁现民.谷子近缘野生种的亲缘关系及其利用研究[J/OL].作物学报,.
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