3000年前古埃及二粒小麦基因组测序揭示其传播和驯化史
时代呼唤大批科研人才用与时俱进的目光把握科学前沿方向，而还有一部分极具科研意识的科学家们利用新科技研究古作物的传播驯化，勾勒人类迁徙轮廓，丰富农业历史的内涵。例如作为世界三大谷物之一，几乎全作食用的小麦，它从公元前9700年左右开始在黎凡特地区种植，后来随着新石器时代农业的普及传播到西南亚、北非和欧洲，成为世界农业生产的主体农作物品种，其地位举足轻重。而古代文明起源中心往往是建立在以种植小麦为主要粮食作物的农业生产
近日，著名植物学期刊《Nature Plants》在线发表了英国伦敦大学遗传进化和环境遗传学研究所一篇题为“A 3,000-year-old Egyptian emmer wheat genome reveals dispersal and domestication history “的研究论文，该研究解析了一个来自博物馆具有3000多年历史的古埃及二粒小麦谷糠的全基因组序列，通过与其他小麦基因组比较，揭示了其传播与驯化的历史，这项研究结果表明了馆藏历史标本的遗传数据来源对揭示古代谷物的历史和农业多样性的重要性。
四倍体二粒小麦是世界上种植最广泛的六倍体小麦和四倍体硬粒小麦的祖先，是旧大陆最早被驯化的谷物之一，它从公元前9700年左右开始在黎凡特地区种植，后来随着新石器时代农业的普及传播到西南亚、北非和欧洲，成为世界农业生产的主体农作物品种。本项研究中，作者对一个馆藏二粒小麦谷糠标本（UC10164）进行了测序，14C追踪表明其存在于公元前1130-1000年，而后将其基因组与野生二粒小麦参考基因和现代外显子变体进行了比较，通过严格基因分型和质控过滤得到99078个SNP，以此为基础进行分析。
首先作者对该基因组的可信度根据古代DNA的特征进行了检测，并排除了现代小麦品种基因组的混杂，证实了该标本基因组来源于古代的准确性。而后将UC10164放在其历史传播背景中进行研究，通过99078个SNP用多种方法绘制了UC10164和现代种质之间的全基因组相似性，这些方法都证实了UC10164在遗传上与驯化的种质最为接近，特别是与驯化的印度洋亚群最为接近。此外，UC10164具有许多独特的单倍型可能代表丢失的等位基因。而考古学证明自罗马时代以来，二粒小麦在尼罗河流域几乎不再种植，因此古埃及二粒小麦多样性因此丢失与该证据吻合。
而后作者将其基因组与现代驯化品种相比，UC10164与南黎凡特地区的野生二粒小麦高度一致，在主成分分析（PCA）中更为接近它们，并与它们共享从混合源种群推断的祖先。作者利用四种群试验测试了野生黎凡特南部野生二粒小麦和UC10164之间的基因流与系统发育分析，得出UC10164的基因流可能发生在黎凡特南部野生二粒小麦之间的结论。
为探究了UC10164是否与现代驯化品种有共同的驯化选择史，作者关注了谷类作物的落粒性性状，典型的谷类驯化性状是非落粒的，在对控制该性状的位点全基因组扫描发现，UC10164携带与大多数驯化品系相同的等位基因。而后作者选取了一些之前假设为在现代驯化中被选择的更为广泛的基因座进行了驯化相似性分析，结果表明了UC10164与现代驯化品种有比这些基因更为广泛的共同选择史。这些关键驯化性状富集于落粒性、种子休眠及大小，而这些驯化选择可能发生在公元前9700年至6300年近东地区，与考古学发现的二粒小麦此时被引入埃及吻合。而UC10164与印度、阿曼和土耳其的现代驯化品种最为相似的多态性也证明了谷物农业在公元前6000年跨越伊朗高原进入印度河流域，并在公元前4500年左右扩散到尼罗河流域，然后在几个世纪内进入苏丹北部。
3000多年前收获的新石器时代早期二粒小麦的基因组可以用来确定驯化等位基因何时积累、确定作物与野生亲缘物种之间的基因流动事件，解释了一些古代文明中心的形成与演变。而更重要的是，该研究利用90年前挖掘的材料，在没有良好温湿控制储存的情况下，获取产生了可用的DNA，展示了古植物学用于基因分析的的巨大潜力。
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41477-019-0534-5.pdf