基于全基因组重测序技术的糜子起源与进化研究

Broomcorn millet (Panicum miliaceum L.) was the earliest domesticated crop worldwide with short growth period and high water use efficiency. There were two theories concerning the geographical origin of broomcorn millet, northern China and eastern Europe. The northern China theory was supported by a set of archeological and genetical evidence, while the eastern Europe theory was controversial. In this study, we will detect the genome-wide variants of broomcorn millet using the whole-genome resequencing technology. We will further study the population structure and genetic diversity patterns in combining with the source location of accessions and records in the literature. We will also explore the origin and evolution of domesticated broomcorn millet. Overall, this study will provide genome-level evidence for the understanding of the domestication and dissemination of broomcorn millet.

糜子(Panicum miliaceum L.)是世界农业史上最早驯化的作物，生长周期短、水分利用效率高。关于糜子的地理起源存在中国北方起源论和东欧起源学说。中国北方起源论目前已经获得了一些考古学和遗传学证据的支持，而东欧起源学说尚存争议。本研究拟采用全基因组重测序技术鉴定糜子基因组水平上的遗传变异情况，结合品种来源地和文献记载研究糜子的群体结构和遗传多样性特点，探讨糜子的起源和演化情况，为理解糜子的驯化和传播提供基因组水平的依据。

糜子(Panicum miliaceum L.)是世界农业史上最早驯化的作物，生长周期短、水分利用效率高。关于糜子的地理起源存在中国北方起源论和东欧起源学说。中国北方起源论目前已经获得了一些考古学和遗传学证据的支持，而东欧起源学说尚存争议。为了探讨糜子的起源和演化情况，本项目与国外学者合作分析了采集自亚美尼亚南部地区Areni-1洞穴的大约1000年前中世纪时期的三个古糜子样品的叶绿体基因组数据和一个古糜子样品的细胞核基因组数据。结合185个现代糜子的全基因组重测序数据，本项目做了叶绿体基因组倍型网络、遗传多样性、主成分、进化树和群体结构分析。结果发现这些考古洞穴中采集到的种子样品确实是糜子，而非其它作物。这些古糜子样品中的DNA保存较好，可以成功从中提取出叶绿体和细胞核的DNA，并完成测序。在叶绿体基因组的研究中发现糜子种群中存在一个核心倍型，该核心倍型包括广泛分布于亚欧大陆的糜子品种。其它多数糜子的叶绿体基因组倍型与该核心倍型仅存在一到两个突变的差异。基于186个糜子的细胞核基因组重测序数据的分析发现源自中国的糜子品种具有较高的遗传多样性和更复杂的群体结构。另外，研究还发现一个源自宁夏的糜子品种与采集自亚美尼亚的古糜子具有较近的亲缘关系，以及一些源自陕西、新疆和西藏的糜子品种与源自中亚和南亚的糜子品种具有较近的亲缘关系。这些研究结果为理解糜子的起源和及其在亚欧大陆的传播提供了新的线索。在项目资助下，发表研究论文一篇，学术专著的章节一篇。