燕麦属的分子系统学和栽培燕麦的起源研究

燕麦是一种营养价值很高的粮、饲兼用型作物，为AACCDD基因组的异源六倍体。目前，栽培燕麦因为其更健康的营养组成得到了世界各国的广泛重视，这对燕麦的品种改良提出更高要求，发掘燕麦属遗传资源将为提高栽培燕麦的产量和质量奠定基础。为了有效利用和保护燕麦属基因库中遗传多样性，有必要建立一个燕麦属分类和生物系统学的理论框架，对栽培燕麦的起源和物种形成有清楚的认识。本项目以燕麦属现存的所有二倍体、CCDD基因组四倍体和包括栽培燕麦在内的AACCDD基因组六倍体共20个种的70份材料为研究对象，开展燕麦属系统进化关系、多倍体基因组起源和栽培燕麦物种形成的研究。本项目的研究结果不但为多倍体作物进化理论提供重要参考，而且为燕麦属野生优异基因源在栽培燕麦及其它作物遗传育种中的有效应用提供指导。

本项目以燕麦属现存的所有二倍体、四倍体和包括栽培燕麦在内的AACCDD基因组六倍体共27个种78份材料为研究对象，开展燕麦属系统进化关系、多倍体基因组起源和栽培燕麦物种形成的研究。通过选用母性遗传的叶绿体片段和无关联的核基因片段进行独立的和合并的分析，直接从DNA多样性水平系统研究燕麦属各物种的染色体组成以及燕麦属不同基因组间的系统进化关系，进一步明晰了燕麦属物种的多倍体进化途径和仅在多倍体中存在的D基因组的起源问题。燕麦属四倍体AACC基因组物种与燕麦属六倍体栽培燕麦（AACCDD）关系较近，可能做为亲本参与六倍体的形成，但其二倍体亲本较分散，提示燕麦属的多倍体起源是多起源而非单起源的。同时，所有证据都提示AB基因组四倍体A. agadiriana与其他三个AB基因组四倍体存在明显差异。本项目执行过程中采用的分子、生化和形态学的证据分别或一致性的揭示在燕麦属物种起源过程中，二倍体A. canariensis，四倍体A. agadiriana，A. murphyi和A. maroccana可能是与D基因组起源进化密切相关的关键物种。该推测印证了相关学者关于A. murphyi和A. maroccana的基因组组成应该是CCDD而不是之前普遍认为的AACC，同时本项目研究结果提示Ac基因组二倍体A. canariensis和AABB基因组四倍体A. agadiriana的基因组组成也需要重新考虑。本研究结果初步理清了燕麦属物种的网状进化模式，丰富了多倍体作物进化理论，为燕麦属野生资源利用提供参考，同时对一直存在争议的D基因组起源问题，找到了可能的重要关键物种，但仍需要更多的证据去确认。