Plant Com | 南京大学王龙和杨四海团队揭示杂草稻基因组揭示欧洲水稻与中国西北的历史渊源
DOI: 10.1016/j.xplc.2026.101792
2026年3月10日，南京大学生命科学学院王龙和杨四海教授团队在Plant Communications上发表了题为Genomic analyses of weedy rice reveal historical connections between European and northwestern Chinese rice 的研究论文。该研究利用栽培稻及其逃逸后再野化的杂草稻群体重测序数据，揭示了欧洲近代栽培稻、杂草稻及更古老栽培稻和中国西北地方水稻品系及杂草稻之间均存在密切的亲缘关系，提供了水稻经陆上丝绸之路向西扩散到欧洲的遗传学证据，同时展示了欧洲现代栽培稻的光周期适应性很大程度来源于对古代欧洲栽培品种关键变异的重复利用。
水稻（Oryza sativa L.）起源于约1.1万年前的长江中下游地区，粳稻首先在中国驯化并向东亚、东南亚地区扩散，而后被传入欧洲。关于粳稻传入欧洲的途径，目前仍存在争议并缺乏有力的遗传学证据。欧洲现代栽培稻经历了多次引种与频繁的遗传交流，这种复杂的种质背景在一定程度上掩盖了早期传播留下的遗传信号，使得欧洲早期栽培稻的溯源较为困难。杂草稻（Oryza sativa f. spontanea）是栽培稻逃逸再野化产物，其形成过程需要一定时间积累，因此往往保留了更多早期栽培稻的遗传信息，为追溯水稻传播历史提供了重要线索。同时，水稻作为光敏型作物，不同纬度地区水稻品系对光周期适应性相关基因的利用具有明显的遗传规律。因此，通过追踪光周期适应性相关的关键基因群，可以在一定程度上排除现代育种和种质交流带来的遗传干扰，为解析水稻早期跨区域传播提供更加可靠的适应性遗传证据。
通过对具有广泛代表性的196份杂草稻和386份栽培稻基因组数据的系统分析，结果显示79.3%的欧洲杂草稻与中国地方品种及中国杂草稻聚在同一进化支，且与中国西北杂草稻及地方品系的遗传关系最近，揭示欧洲杂草稻起源于中国西北地区，但其具体传播时间仍有待进一步确定。
对光周期适应性核心基因单倍型分析显示，欧洲杂草稻、欧洲地方品系与中国西北杂草稻及地方品种共享了独特的Hd1、Hd4单倍型，进一步确认了欧洲杂草稻与地方品系与中国西北地方品系及杂草稻之间的亲缘关系。
值得注意的是，绝大多数欧洲现代栽培稻同样共享这一独特的单倍型组合。由此存在两种可能：可能一是中国西北杂草稻及地方品系来源于欧洲，但此假设与全基因组系统发育分析中欧洲杂草稻单独聚集在中国地方品系及杂草稻分枝的结果相矛盾，因此该假设不成立；那么唯一的可能性是，欧洲现代栽培稻的遗传育种过程中，再次重新整合了更古老欧洲栽培品系中光周期适应性相关的基因组合，以适应高纬度环境并实现早熟育种目标，这些源自祖先群体的光周期适应性等位基因在欧洲现代水稻育种中被重复利用可为现代育种提供启示。综合上述结果，研究进一步推测，欧洲现代栽培稻之前的早期水稻品系可能来源于中国西北地区，并在传播过程中夹杂着当地特有的杂草稻类型一同进入欧洲。
图2 欧洲和中国西北水稻光周期基因遗传变异及功能分析
研究团队进一步通过群体遗传学分析发现，欧洲杂草稻与中国西北杂草稻之间的遗传分化程度明显较低，这种地理距离与分化程度的不一致性再次强调了二者之间紧密的遗传关系。有效群体历史结果表明欧洲与中国西北杂草稻在大约1500年前发生分离，这一时间与北魏和东罗马帝国沿陆上丝绸之路交流活跃的时期高度吻合；且这一遗传学证据与丝绸之路沿线实物考古的结果相一致，为水稻可能经丝绸之路传播至欧洲提供了新的遗传学线索。
图3 杂草稻群体的有效种群历史、遗传分化及核苷酸多样性
本研究结果凸显了杂草稻及环境适应性相关基因位点在追溯与重建作物传播历史中的重要价值。作为古代栽培稻遗传信息的重要载体，杂草稻不仅为理解水稻驯化与扩散过程提供了新的视角，也为考古研究提出的传播假说提供了关键的遗传学证据，并为现代水稻育种中关键适应性位点的识别、选择与再利用提供了重要参考。
南京大学博士生钟一凡、陈吴越为本文共同第一作者。南京大学王龙教授、杨四海教授以及南京农业大学黄驹副教授为该论文的共同通讯作者。南京大学张小辉高级工程师和江苏省农科院张启军教授及其他人员参与了本研究。本研究得到了国家自然科学基金面上项目（32170327，32470235，32270664），江苏省杰出青年基金项目（BK20240064），中央高校基本科研业务费专项资金（14380209）的支持。
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