全球稻区杂草稻与当地栽培稻和野生稻群体结构分析结果。图片来源：《基因组生物学》
近日，开放获取期刊《基因组生物学》（Genome Biology）在线发表了全球首次杂草稻调查研究结果。浙江大学教授樊龙江领导的一个国际研究团队，通过对全球稻区杂草稻（俗称鬼稻）材料采集与分析发现，水稻在世界各稻区均存在野化或去驯化的现象，并描绘了野化水稻的基因组特征。该成果对水稻进化、资源利用和杂草稻防控具有重要意义。
“野化”（feralization）或去驯化（de-domestication）是生物界经常发生的一个遗传现象，是指栽培作物和家养牲畜家禽等从人工（农业）环境回归自然环境，恢复野生特征。目前对作物进化的研究大多都集中于作物的驯化起源，即野生植物被人工选择的进化过程，对“去驯化”现象的研究鲜有报道。
杂草稻目前已成为世界性的稻田恶性杂草，在亚洲、南美洲等稻区大面积分布，严重危害全球水稻生产。杂草稻已成为我国稻田除稗草外，最严重的杂草之一。杂草稻种子成熟即散落田间，来年随水稻耕作生长季节与栽培稻伴生。由于其遗传背景与栽培稻极其相似，除草剂难以根除，给水稻生产带来极大影响。
该团队共收集了来自16个国家的524份杂草稻材料，涵盖各大洲主要稻区。通过基因组重测序，获得了这些材料的全基因组水平变异，结合当地栽培稻和野生稻基因组数据资源，共计1000多份个体材料用于其群体遗传学分析。
通过分析，他们发现，全球稻区发生的野化水稻（杂草稻）都来自栽培稻。除了在少数地区存在野生稻遗传渗入现象（如马来西亚和我国南方等野生稻分布区域），绝大多数杂草稻均来自栽培稻的去驯化过程。
在全球稻区，特别在南美稻区，他们发现大量杂交起源的杂草稻，即不同杂草稻之间或杂草稻与栽培稻之间发生杂交。南美稻区主要是籼型杂草稻和秋稻（aus）之间的杂交，导致杂草稻同样获得了除草剂抗性。
基因组选择信号分析发现，全球不同地区杂草稻基因组在野化过程中，受到选择的区域与栽培水稻的驯化选择区域重叠率很低。这说明水稻的野化过程更多是通过改变基因组非驯化区间完成的。全球部分杂草稻与水稻遗传分化明显，明显有别于当地水稻和整个水稻遗传资源池，由此为水稻育种提供了珍贵的遗传资源。
该团队还发现，全球不同地区杂草稻存在一个共同的强烈基因组分化区域，即7号染色体一个0.5Mb区间。该区域包括与种子休眠、抗性相关基因等，对杂草稻环境适应非常重要。此外，休眠性相关基因经历平行进化，在粳型杂草稻和栽培稻间分化明显，可能在不同杂草稻群体野化过程中扮演重要作用。
相关论文信息：https://doi.org/10.1186/s13059-020-01980-x
18926578588