两篇Nature遗传：迄今为止最古老的植物基因组 首次测定6000年前的大麦基因组

最近，一个国际研究小组首次成功地对铜器时代的大麦基因组进行了测序。这是迄今重建的最古老的植物基因组。


这些6000年前的种子是从以色列Judean沙漠Masada要塞南崖靠近死海的Yaram洞穴获得的。从遗传学来说，史前大麦非常类似于目前种植在Levant南部的大麦，从而支持目前“大麦驯化发生在Upper约旦河谷”的假设。

这个研究团队的成员来自于德国Leibniz植物遗传和作物研究所（IPK）；以色列希伯来大学、巴伊兰大学；耶拿马克斯普朗克类历史研究所；以色列海法大学；英国James Hutton学院，加利福尼亚大学圣克鲁斯分校；美国明尼苏达大学圣保罗分校和德国Tü宾根大学。

所分析的大麦颗粒，连同成千上万种其他植物残体，是在耶路撒冷希伯来大学考古学院Uri Davidovich和Zinman考古研究所、海法大学的Nimrod Marom为首的一次系统考古发掘中获得的。

植物考古学分析是由巴伊兰大学的Ehud Weiss带领完成。洞穴的访问是非常困难的，并且仅被人类使用了很短的时间，大约6000年前，可能是短暂的避难所。

迄今为止最古老的植物基因组

大多数植物考古结果，限于古代与现代植物标本形态学的比较。到目前为止，只有史前玉米已经得以遗传重建。在这项研究中，该研究团队成功地测定了6000年前的大麦完整基因组。相关结果以两篇论文的形式发表在7月18日的《Nature Genetics》杂志。

巴伊兰大学的Ehud Weiss解释说：“这些考古遗迹提供了一个独特的机会，让我们最终测定了一种铜器时代的植物基因组。几千年来由于该地区极端干燥，遗传物质一直都保存完好。”为了确定古代种子的年龄，研究者将谷物分成两份，一份进行放射性碳年代测定，而另一份用来提取古DNA。”耶拿马克斯普朗克人类历史科学研究所开估遗传学部门主任Johannes Krause解释说：“对我们来说，古DNA就像一个时间胶囊，让我们回到历史，并深入分析在过去不同的时间点上的作物驯化。”铜器时代的大麦基因组是迄今为止重建的最古老的植物基因组。

大麦驯化很早就已完成

在10000年前在Fertile Crescent就已有小麦种植，Fertile Crescent是一个镰刀形的地区，从今天的伊拉克和伊朗，通过土耳其和叙利亚延伸进入黎巴嫩、约旦和以色列。迄今，这两种作物的野生形式仍然存在于该地区，并且是海法大学进化研究所的主要研究模型物种。海法大学的Tzion Fahima解释说：“谷物业就是从那里起源，然后蔓延到欧洲、亚洲和北非。”

Nils Stein解释说：“我们的分析表明，6000年前培育的种子与我们今天在该地区发现的野生型有很大的不同。然而，它们与该地区现在的驯化品系有相当大的遗传重叠。这表明大麦在Fertile Crescent的驯化已经很先进。”

根据Tzion Fahima及其海法大学和以色列Tel-Hai学院的同事介绍，古代种子与该地区的野生形式以及所谓的“地方品种”的比较表明，大麦的驯化起源于约旦河谷上游内——这个假说也由周边地区的两个考古遗址得以支持，在这两个遗址发现了迄今最早的大麦耕种遗迹。

同时，研究人员发现了与现代该地区驯化品系的遗传重叠。本研究的主要作者、Leibniz植物遗传和作物研究所的Martin Mascher说：“考虑到在漫长的时间里，气候、当地的动植物群以及耕捉法发生了变化，这种相似性是一个惊人的发现。”研究人员因此认为，来到该地区的征服者和移民并没有从他们以前的家园带来自己的作物种子，而是继续培养适应当地现存的品种。

对我国作物起源的新认识

将考古学、古植物学、遗传学和基因组学结合在一项跨学科研究中，为我们的作物起源提供了新见解。本文作者、图宾根大学的Verena Schuenemann预测说：“这仅仅是一项新的和令人兴奋的研究的一个开始。对史前植物的考古遗迹的DNA分析，将为我们提供关于‘作物的起源，驯化和传播’的新见解。”


参考文献：

1. Joanne Russell,Martin Mascher,,Nils Stein& Robbie Waugh.Exome sequencing of geographically diverse barley landraces and wild relatives gives insights into environmental adaptation. Nature Genetics: (2016)DOI: doi:10.1038/ng.3612

2. Martin Mascher,Verena J Schuenemann,,Ehud Weiss& Nils Stein.Genomic analysis of 6,000-year-old cultivated grain illuminates the domestication history of barley. Nature Genetics: (2016) DOI: doi:10.1038/ng.3611



本文来源于：生物通/王英

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