多倍体基因组变异机制及其适应性的研究

Polyploidy is a frequent event in plants, including about 30%-70% of angiosperms and many important crops. Therefore, understanding the mechanisms of their genome evolution is crucial to reveal how polyploid crops adapt to the diverse habitats under artificial selection during domestication. Capsella bursa-pastoris is an important vegetable and one of the most successful plants on the earth, has become a great model system to study the adaptation of polyploid. With the support of microevolution project, we have clarified that introgression from diploid species contributed to the adaptation of this polyploid. In the present project, we are going to disentangle how exactly the introgression improved the adaptation of the Shepherd’s purse, with the integration of the results of both population genomics and quantitative genetics. This study will greatly improve our understanding of “multigenic interactions driving micro-evolutionary processes”, and promote breeding of polyploid crops at the same time.

多倍体在植物中非常普遍，30%-70%的被子植物是多倍体，而且许多重要的作物也是多倍体。因此，理解多倍体植物基因组变异式样是揭示人工选择下多倍体作物适应机制的关键环节。荠菜是一种重要的蔬菜，也是地球上非常成功的物种之一，是阐明多倍体适应性机制的一个理想研究系统。在微进化培育项目的资助下，申请人已发现从二倍体近缘种的渐渗提高了荠菜的适应性。本集成项目拟进一步通过群体基因组学及数量遗传学的方法来阐明渐渗是如何具体改变荠菜适应性的。该研究对于揭示植物“微进化过程的多基因作用机制”具有重大理论意义，同时在实践上可以促进多倍体作物的育种和改良。

植物界许多植物是多倍体，其中许多是重要的作物，如小麦、棉花、猕猴桃等。多倍体的适应性进化机制是进化生物学关注的核心科学问题，该问题在理论还是实践上都具有重大的价值。本研究利用荠菜及其近缘种作为模式来研究多倍体植物基因组变异及其适应性进化的机制。第一，发现遗传多样性很低的物种里转座子的扩增能够快速导致关键适应性状（如开花时间）的变异，从而提高其适应能力，能够在一定程度上解释“生物入侵的遗传悖论”之谜 —— 遗传多样性很低的物种如何快速适应新生境。第二，证实了“减少就是增加（less is more）”假说，首次在植物里系统性地研究并澄清了假基因化的进化规律及其对生物进化的重要意义。第三，揭示了生物进化具有可预测性 – 进化在一定条件下可以重复。本研究的结果对于理解适应性进化机制具有重大理论意义，同时相关研究成果对育种实践也具有重要价值。