哥伦比亚加勒比和太平洋地区水稻基因组的遗传多样性与群体结构：基于3000水稻基因组计划的遗传分化与祖先分析

本研究针对哥伦比亚加勒比和太平洋地区传统水稻品种逐渐消失的问题，通过SNP标记分析72份材料的遗传多样性、群体结构和祖先成分，发现三个显著分化的亚群（COL_Pop_1-3），其中COL_Pop_2遗传多样性最高（Ho=0.11）。通过与3K RGP基因组比较，揭示了这些地方品种与全球水稻群体的遗传差异，为保护和利用这些珍贵种质资源提供了科学依据。

　　

在哥伦比亚的加勒比和太平洋沿岸地区，传统水稻品种（当地称为"Criollos"）长期支撑着小农户的粮食安全。这些品种虽然产量低于商业栽培种，但具有抗逆性强、营养品质高等独特优势。然而，随着极端气候事件频发和现代高产品种的推广，这些珍贵的遗传资源正面临消失的风险。据哥伦比亚农业研究机构（AGROSAVIA）统计，当地传统水稻种植面积已从2010年的30万公顷锐减至2022年的不足10万公顷。

为应对这一危机，AGROSAVIA研究中心的研究人员Jhon A. Berdugo-Cely团队联合农民协会，对68份来自La Mojana（加勒比地区）和Chocó（太平洋地区）的地方品种及4个商业对照品种展开全基因组分析。研究采用简化基因组测序技术，通过对77931个SNP标记的分析，首次系统揭示了这些地方品种的遗传背景及其与全球3000水稻基因组计划（3K RGP）的关联。论文发表在《Genetic Resources and Crop Evolution》期刊，为这些濒危种质资源的保护与利用提供了重要理论基础。

研究主要采用三种关键技术：1）基于CTAB法的DNA提取和Illumina HiSeqX Ten平台150bp双端测序；2）利用Nipponbare参考基因组进行序列比对和SNP calling；3）通过FastStructure、PCA和AMOVA等多维统计方法分析群体遗传结构。样本来源包括AGROSAVIA种质库保存的56份La Mojana材料、11份Chocó农民保存品种及CIAT等机构提供的商业对照种。

遗传多样性分析
研究发现哥伦比亚材料中COL_Pop_2亚群（含17份地方品种和Fedearroz 2000栽培种）遗传多样性最高（Ho=0.11），主要来自Chocó地区。而COL_Pop_1（含94%地方品种）和COL_Pop_3则呈现高度近交（F>0.81）。SNP密度分析显示染色体2变异最丰富（8276个SNP），Ts/Tv比值为2.19，符合植物基因组特征。

群体结构分化
AMOVA显示亚群间遗传分化显著（Phi=0.718），其中COL_Pop_1与COL_Pop_2的F_ST达0.673。系统发育分析发现5个仅含哥伦比亚材料的独特分支，支持其独立进化地位。

祖先成分溯源
COL_Pop_1主要具有热带粳稻A组（tropical japonica A）血统（如Oryzica Turipana含83%），而COL_Pop_2以籼稻（indica）成分为主（如Fedearroz 2000含60%indica B）。值得注意的是，来自La Mojana的GUATAPURI_3品种显示出温带粳稻（45%）与籼稻（40%）的罕见混合特征。

这项研究首次证实哥伦比亚地方水稻品种具有独特的遗传结构，其热带粳稻与籼稻的混合血统不同于亚洲主流水稻群体。特别是Chocó地区材料表现出的高遗传多样性，提示该地区可能是重要的次生多样化中心。研究人员建议优先将COL_Pop_2材料纳入育种计划，利用其丰富的等位基因变异培育适应气候变化的品种。

从种质保护角度看，研究强调需建立专门的"农民-科研机构"联合保护机制，对La Mojana和Chocó地区材料实施原位（on-farm）与异位（ex-situ）协同保护。这些发现不仅填补了拉丁美洲水稻遗传资源研究的空白，也为全球水稻应对粮食安全挑战提供了新的基因资源库。正如作者在讨论中指出："这些地方品种就像活的博物馆，保存着数百年来自然选择和人类驯化共同塑造的遗传密码。"