杂草严重影响农业生产，了解杂草如何起源并适应农田环境对于杂草的科学治理必不可少。Grime提出的CSR生活史对策模型将植物分为竞争型(C)、耐受型(S)和杂草型(R)三种。为了适应农田、苗圃等低胁迫、高干扰的生活环境，抗干扰型杂草（Ruderal weeds）将能量主要分配给生殖生长，具有生命周期短、种子数量多等典型特征，但其背后的遗传学基础目前尚不清楚。同时，“人类-作物-杂草”已经成为探究人类活动对生态系统和物种进化影响的重要系统，杂草快速进化、适应环境的机制的研究可以帮助我们深入理解新物种起源与进化的基本原理。
今天分享的是中国科学院分子植物卓越创新中心王佳伟研究组于2023年1月18日发表在国际著名期刊Nature Communications上题为"Common evolutionary trajectory of short life-cycle in Brassicaceae ruderal weeds"的研究论文。
该研究以非模式物种，十字花科的八倍体杂草碎米荠作为研究对象，对来自云南的一个材料进行基因组从头组装和注释，并于中国收集了87个来自不同生态环境的87个样本进行重测序与群体进化分析，发现其中一个进化分支（pop3）分布最为广泛，能够适应人类活动的频繁干扰并随人类活动扩散。该分支在分化过程中经历了强烈的瓶颈效应，与近缘分支（pop2）在开花调控途径上遗传分化显著，无法响应春化途径或光周期途径，在未经春化或者短日照条件下提前开花（图1）。
作者进一步对pop2和pop3群体进行了FST分析，鉴定到了显著的分化区域，并对分化区域内的基因进行功能富集分析发现参与开花和春化等过程的途径显著富集（图2）。
通过遗传群体的BSA分析以及转基因植株的功能验证，定位并证实了FLC和CRY2是碎米荠无法响应春化途径和光周期途径的遗传学基础。其中，FLC发生了无义突变，翻译提前终止，形成了截短的无功能的蛋白；而CRY2发生了错义突变，形成了持续激活的CRY2蛋白。两者的相继突变使碎米荠开花提前进而生命周期缩短，形成了典型的杂草特征，得以在干扰前将种子散播出去，以此抵御干扰对繁殖后代的影响，适应人类活动频繁的环境（图3）。
最后，作者在另一种十字花科杂草R.palustris中发现CRY2也存在同样持续激活的类似突变，说明类似突变在杂草进化中具有保守性（图4）。总的来说，该研究首次建立了抗高干扰型杂草模式物种，发现FLC和CRY2突变是杂草相关性状演化的遗传学基础，提出了十字花科杂草的一条共同进化路径。
中国科学院分子植物科学卓越创新中心李凌子博士为该论文的第一作者，王佳伟研究员为通讯作者。博士研究生徐洲更，常天根博士，张鹏研究员、刘宏涛研究员以及朱新广研究员等也参与了相关工作。该项研究得到国家自然科学基金委基础科学中心项目、创新群体项目以及中国科学院先导专项的资助。
文章链接地址：https://www.nature.com/articles/s41467-023-35966-7
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