Genomic repetition in climate adaptation across different crop species
Oliver M. Selmoni
构建14种作物地方品种与野生近缘种的基因组数据库，发现气候适应相关基因的重复关联。
整合3000多个地点的个体基因组、遥感与气候模型，分析基因-环境关联。
16组基因反复与水分和冷季温度关联，部分在多达13种作物中一致。
可结合遥感表型与基因组数据，验证这些基因在田间气候适应中的功能并用于育种。
构建14类作物、3000余个地点基因组数据库，发现16组跨作物重复环境适应基因，为气候耐受育种提供新靶点，数据规模与方法均有实质增量。
商业作物品种（栽培品种）的遗传多样性狭窄，使其易受气候变化影响。然而，大多数作物都有相关的半驯化品种（地方品种）和野生近缘种，它们在对栽培品种而言属于极端的气候条件下仍能茁壮生长。这些品种的基因组是未知适应性性状的储库，其中一些性状可用于拓展栽培品种的气候耐受性。为揭示这些性状，我们构建了一个涵盖14种作物类型的基因组数据库，包括主粮作物的地方品种和野生近缘种。该数据库包含来自全球3000多个地点的植物个体水平基因组数据。借助遥感与气候模型，我们重建了每个地点的生物气候条件、土壤类型和人类干扰情况。地理变异与某一环境梯度相关的基因可能参与局部适应；若同一基因在不同作物中反复表现出这种关联，则其适应性作用更有可能成立。我们发现了16组表现出此类重复环境关联的基因，主要与水分可利用性和冷季温度有关。其中一些基因在6种、7种甚至多达13种作物类型中观察到相同的气候关联。以拟南芥（A. thaliana）为参照，我们发现许多此类基因可能编码已知调控细胞对干旱和冷胁迫响应的蛋白质。我们的研究结果表明，这些基因的自然变异可以增强此类响应，且这种变异存在于不同作物的地方品种和野生近缘种中。若得到验证，这一发现可能为通过基因组引导育种使栽培品种更具气候耐受性开辟新途径。