我实验室作物拟态研究论文获F1000最高星级推荐

近日，我实验室在Nature Ecology & Evolution 上发表的有关作物拟态研究论文获得F1000推荐。该项研究首次为作物拟态提供了基因组层面的证据，在进化生物学上具有重要意义。同时，由于作物拟态现象的独特性（即发生在农田环境，人作为拟态三要素中的受骗者），该项研究成果在农学上也具有重要意义，例如解析农田杂草起源与控制、株型相关基因挖掘与利用等方面。该论文是我实验室该领域研究第二次获F1000推荐。

“Faculty of 1000”是由近8000位在相关领域具有很高声誉的专家学者组成，提供目前世界上最重要的生物和医学论文信息及研究趋势，将发表的极少数优秀论文推荐给读者，并对论文加以评述。研究人员发表的论文被“Faculty of 1000”收录并获得推荐是对该论文和研究人员的高度认可！

本次推荐人是国际知名的进化生物学专家、芝加哥大学龙漫远教授（Edna K Papazian Distinguished Service Professor）。他对该论文给出了最高的3星评价（1星为“Good”、2星为“Very good”、3星为“Exceptional”），在F1000推荐词中写道：“... that has expanded the concept of mimicry from previous studies in animals, e.g. butterflies and frogs, to weed plants associated with crop plants that were shaped by human selection. ... further generalizing the concept of mimicry.” （该项研究将人们以往对拟态的研究从蝴蝶等动物模型中扩展到了植物中来（杂草拟态作物），进一步加深了人们对拟态的认知）。实际上，自该论文在线发表以来，龙漫远教授就以邮件方式与樊龙江教授进行了主动联系，并给予了极高的称赞，认为该项研究是中国少有的在概念上做出贡献的文章之一，为作物拟态学说形成提供关键基因组证据，并将其提升到了与我们教科书上所说的经典拟态模型（缪勒拟态、贝氏拟态）等同的地位（“I enjoyed it because what you presented is among rare conceptual contribution I have read from China. ...would have been happy for your progress that moved the mimicry study to the rank of those classic studies, which we today are teaching in Chicago. ...I think that you provided the first genomic evidence to test the predictions of the Vovilovian mimicry in evolutionary history. Without these works, the Vovilov's theory is just a conjecture...）”。

作物拟态，也叫瓦维诺夫拟态（Vavilovian mimicry），是指农田杂草在形态上模拟作物，从而躲避农民拔除的现象。稻田稗草（Echinocloa.spp）在苗期与水稻幼苗极其相似（图1），这是典型的作物拟态现象之一。樊龙江教授团队与来自中国水稻研究所等课题组合作，利用群体遗传学，对稗草拟态水稻这一有趣现象进行了分子机制解析，发现稗草基因组在拟态过程中，受到了类似于人工驯化的强烈选择。相关研究结果“Genomic evidence of human selection on Vavilovian mimicry”2019年9月16日发表在Nature子刊Nature Ecology & Evolution 上（https://www.nature.com/articles/s41559-019-0976-1）。

图1 稻田稗草（Echinocloa crus-galli，右）在苗期拟态水稻（左）情况

通过全基因组遗传变异（SNP）进行进化树构建与主成分分析，研究人员发现我国长江流域稗草材料可明显以分为3个组，根据它们的表型，这3个组分别定义为拟态组、非拟态组及中间类型（图2）。与非拟态稗草组相比，拟态稗草的遗传多态性降低，经历了遗传瓶颈效应。Tajima' D中性检验显示，拟态稗草基因组中更多的区间具有显著负值，表明稗草在拟态过程中受到了定向选择。进一步群体进化分析表明，长江流域拟态稗草起源于非拟态稗草，并且是一次起源，大约发生在1000年前后。这个时期处于我国宋朝，正处在人口激增、南方水稻替代麦类作物成为主粮的转型时期。可能正是在这样背景下，为了提高水稻产量，实施精耕细作，稗草则经历了更强的选择压（农民除草），被迫拟态。

图2 长江流域稗草材料群体结构。可明显分为拟态（MIC）、非拟态（NMC）及中间类型（MIX）3个亚群体。左图为系统进化树及主成分分析（PCA）结果，右图为三个亚群拟态指数（用来量化拟态程度）分布情况