Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Sự phân tách về thời gian ra hoa là một yếu tố chính góp phần vào sự cách ly sinh sản giữa hai loài lúa hoang dã (Oryza rufipogon và O. nivara)
Tóm tắt
Việc xác định các hình thức cách ly sinh sản và tầm quan trọng tương đối của chúng trong quá trình phân hóa loài là rất quan trọng để hiểu rõ về quá trình hình thành loài. Oryza nivara và O. rufipogon là tổ tiên trực tiếp của lúa được trồng ở châu Á và là một cặp loài mẹ - con. Nghiên cứu sự cách ly sinh sản giữa chúng cung cấp những hiểu biết về sự hình thành loài thực vật và giúp hiểu rõ hơn về quá trình thuần hóa lúa. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã đo lường định lượng các thành phần chính của sự cách ly sinh sản giữa hai loài dựa trên thí nghiệm trồng cây và thí nghiệm giao phấn cho ba cặp quần thể sống chung tại Nepal, Campuchia và Lào. Chúng tôi phát hiện ra sự khác biệt đáng kể về thời gian ra hoa giữa các cặp loài, với O. nivara ra hoa sớm hơn nhiều so với O. rufipogon. Một sự giảm thiểu rất yếu trong tỷ lệ hạt nhưng không có sự giảm thiểu trong khả năng sống sót và sinh sản của F1 đã được phát hiện đối với các phép lai giữa các loài so với những phép lai trong cùng một loài. Hơn nữa, chúng tôi cũng phát hiện sự tương thích không đối xứng giữa các loài và thấy rằng việc cắt bỏ nhị đực đã làm giảm đáng kể tỷ lệ thành công trong việc thụ phấn ở O. nivara nhưng không ảnh hưởng đến O. rufipogon. Nghiên cứu của chúng tôi chứng minh rằng sự phân hóa giữa O. nivara và O. rufipogon chủ yếu được duy trì bởi sự khác biệt về thời gian ra hoa và gợi ý rằng thời gian ra hoa khác nhau góp phần vào cả sở thích môi trường sống và sự cách ly sinh sản giữa các loài.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
Abbott, R.J. (2017). Plant speciation across environmental gradients and the occurrence and nature of hybrid zones. J Syst Evol 55, 238–258.
Baack, E., Melo, M.C., Rieseberg, L.H., and Ortiz-Barrientos, D. (2015). The origins of reproductive isolation in plants. New Phytol 207, 968–984.
Banaticla-Hilario, M.C.N., McNally, K.L., van den Berg, R.G., and Sackville Hamilton, N.R. (2013). Crossability patterns within and among Oryza series Sativae species from Asia and Australia. Genet Resour Crop Evol 60, 1899–1914.
Barbier, P. (1989). Genetic variation and ecotypic differentiation in the wild rice species Oryza rufipogon. I. Population differentiation in life-history traits and isozymic loci. Jpn J Genet 64, 259–271.
Briscoe Runquist, R.D., Chu, E., Iverson, J.L., Kopp, J.C., and Moeller, D. A. (2014). Rapid evolution of reproductive isolation between incipient outcrossing and selfing Clarkia species. Evolution 68, 2885–2900.
Brys, R., Vanden Broeck, A., Mergeay, J., and Jacquemyn, H. (2014). The contribution of mating system variation to reproductive isolation in two closely related Centaurium species (Gentianaceae) with a generalized flower morphology. Evolution 68, 1281–1293.
Burton, R.S., Pereira, R.J., and Barreto, F.S. (2013). Cytonuclear genomic interactions and hybrid breakdown. Annu Rev Ecol Evol Syst 44, 281–302.
Cai, H.W., Wang, X.K., and Morishima H. (2004). Comparison of population genetic structures of common wild rice (Oryza rufipogon Griff.), as revealed by analyses of quantitative traits, allozymes, and RFLPs. Heredity 92, 409–417.
Cai, Z., Zhou, L., Ren, N.N., Xu, X., Liu, R., Huang, L., Zheng, X.M., Meng, Q.L., Du, Y.S., Wang, M.X., et al. (2019). Parallel speciation of wild rice associated with habitat shifts. Mol Biol Evol 36, 875–889.
Chu, Y.E., Morishima, H., and Oka, H.I. (1969). Reproductive barriers distributed in cultivated rice species and their wild relatives. Jpn J Genet 44, 207–223.
Coyne, J.A., and Orr, H.A. (2004). Speciation (Sunderland: Sinauer Associates, Inc.).
Delph, L.F. (2019). Pollen competition is the mechanism underlying a variety of evolutionary phenomena in dioecious plants. New Phytol 224, 1075–1079.
Grillo, M.A., Li, C., Fowlkes, A.M., Briggeman, T.M., Zhou, A., Schemske, D.W., and Sang, T. (2009). Genetic architecture for the adaptive origin of annual wild rice, Oryza nivara. Evolution 63, 870–883.
Hey, J. (2006). Recent advances in assessing gene flow between diverging populations and species. Curr Opin Genets Dev 16, 592–596.
Hipperson, H., Dunning, L.T., Baker, W.J., Butlin, R.K., Hutton, I., Papadopulos, A.S.T., Smadja, C.M., Wilson, T.C., Devaux, C., and Savolainen, V. (2016). Ecological speciation in sympatric palms: 2. Pre-and post-zygotic isolation. J Evol Biol 29, 2143–2156.
Huang, P., and Schaal, B.A. (2012). Association between the geographic distribution during the last glacial maximum of Asian wild rice, Oryza rufipogon (Poaceae), and its current genetic variation. Am J Bot 99, 1866–1874.
Kuroda, Y., Sato, Y.I., Bounphanousay, C., Kono, Y., and Tanaka, K. (2007). Genetic structure of three Oryza AA genome species (O. rufipogon, O. nivara and O. sativa) as assessed by SSR analysis on the Vientiane Plain of Laos. Conserv Genet 8, 149–158.
Li, G., Jin, J., Zhou, Y., Bai, X., Mao, D., Tan, C., Wang, G., and Ouyang, Y. (2019). Genome-wide dissection of segregation distortion using multiple inter-subspecific crosses in rice. Sci China Life Sci 62, 507–516.
Liu, R., Zheng, X.M., Zhou, L., Zhou, H.F., and Ge, S. (2015). Population genetic structure of Oryza rufipogon and Oryza nivara: implications for the origin of O. nivara. Mol Ecol 24, 5211–5228.
Lowry, D.B., Modliszewski, J.L., Wright, K.M., Wu, C.A., and Willis, J.H. (2008). The strength and genetic basis of reproductive isolating barriers in flowering plants. Phil Trans R Soc B 363, 3009–3021.
Lu, B.R. (1996). A report on collecting of wild Oryza species in Lao PDR and Cambodia. (Los Banos: International Rice Research Institute).
Lu, B.R. (1998). A report on NARC-IRRI cooperative collection of wild Oryza species in Nepal. (Los Banos: International Rice Research Institute).
Martin, H., Touzet, P., Dufay, M., Godé, C., Schmitt, E., Lahiani, E., Delph, L.F., and Van Rossum, F. (2017). Lineages of Silene nutans developed rapid, strong, asymmetric postzygotic reproductive isolation in allopatry. Evolution 71, 1519–1531.
Martin, N.H., and Willis, J.H. (2007). Ecological divergence associated with mating system causes nearly complete reproductive isolation between sympatric Mimulus species. Evolution 61, 68–82.
Mayr, E. (1942). Systematics and the origin of species (New York: Columbia University Press).
Morishima, H. (1985). Habitat, genetic structure and dynamics of perennial and annual populations of the Asian wild rice Oryza perennis. In Genetic Differentiation and Dispersal in Plants, P. Jacquard, G. Heim, and J. Antonovics, eds. (Berlin: Springe-Verlag).
Morishima, H., Chang, W.T., and Oka, H.I. (1961). Directions of differentiation in populations of wild rice, Oryza perennis and O. sativa f. spontanea. Evolution 15, 326–339.
Morishima, H., Sano, Y., and Oka, H.I. (1984). Differentiation of perennial and annual types due to habitat conditions in the wild rice Oryza perennis. Pl Syst Evol 144, 119–135.
Naredo, M.E.B., Juliano, A.B., Lu, B.R., and Jackson, M.T. (1997). Hybridization of AA genome rice species from Asia and Australia I. Genet Resources Crop Evol 44, 17–23.
Naredo, M.E.B., Juliano, A.B., Lu, B.R., and Jackson, M.T. (1998). Taxonomic status of Oryza glumaepatula Steud. Genet Resources Crop Evol 45, 205–214.
Nezu, M., Katayama, T.C., and Kihara, H. (1960). Genetic study of the genus Oryza. I. Crossability and chromosomal affinity among 17 species. Rep Kihara Inst biol Res, 1–11.
Nosil, P. (2012). Ecological Speciation (Oxford: Oxford University Press).
Oka, H.I., and Morishima, H. (1967). Variations in the breeding systems of a wild rice, Oryza perennis. Evolution 21, 249–258.
Ostevik, K.L., Andrew, R.L., Otto, S.P., and Rieseberg, L.H. (2016). Multiple reproductive barriers separate recently diverged sunflower ecotypes. Evolution 70, 2322–2335.
Pereira, M.R., Ledent, A., Mardulyn, P., Zartman, C.E., and Vanderpoorten, A. (2019). Maintenance of genetic and morphological identity in two sibling Syrrhopodon species (Calymperaceae, Bryopsida) despite extensive introgression. J Syst Evol 57, 395–403.
Pianka, E.R. (1970). On r- and K-Selection. Am Natist 104, 592–597.
Ramsey, J., Bradshaw, H.D., and Schemske, D.W. (2003). Components of reproductive isolation between the monkey flowers Mimulus lewisii and M. cardinalis (Phrymaceae). Evolution 57, 1520–1534.
Ren, N.N. (2019). Studies on the phenotypic variaiton and its evolutioanry significance of wild rice Oryza rufipogon and O. nivara. (Beijing: Institute of Botany, the Chinese Academy of Sciences).
Richards, T.J., Walter, G.M., McGuigan, K., and Ortiz-Barrientos, D. (2016). Divergent natural selection drives the evolution of reproductive isolation in an Australian wildflower. Evolution 70, 1993–2003.
Rieseberg, L.H., and Carney, S.E. (1998). Plant hybridization. New Phytol 140, 599–624.
Samal, R., Roy, P.S., Sahoo, A., Kar, M.K., Patra, B.C., Marndi, B.C., and Gundimeda, J.N.R. (2018). Morphological and molecular dissection of wild rices from eastern India suggests distinct speciation between O. rufipogon and O. nivara populations. Sci Rep 8, 2773.
Sang, T., and Ge, S. (2007a). Genetics and phylogenetics of rice domestication. Curr Opin Genets Dev 17, 533–538.
Sang, T., and Ge, S. (2007b). The puzzle of rice domestication. J Integrative Plant Biol 49, 760–768.
Seehausen, O., Butlin, R.K., Keller, I., Wagner, C.E., Boughman, J.W., Hohenlohe, P.A., Peichel, C.L., Saetre, G.P., Bank, C., Brännström, A., et al. (2014). Genomics and the origin of species. Nat Rev Genet 15, 176–192.
Sharma, S.D., and Shastry, S.V.S. (1965). Taxonomic studies in genus Oryza L. III. O. rufipogon Griff. sensu stricto and O. nivara Sharma et Shastry nom. nov. Indian J Genet PL BR 25, 157–167.
Sobel, J.M., and Chen, G.F. (2014). Unification of methods for estimating the strength of reproductive isolation. Evolution 68, 1511–1522.
Sobel, J.M., Chen, G.F., Watt, L.R., and Schemske, D.W. (2010). The biology of speciation. Evolution 64, 295–315.
Sobel, J.M., and Streisfeld, M.A. (2015). Strong premating reproductive isolation drives incipient speciation in Mimulus aurantiacus. Evolution 69, 447–461.
Suni, S.S., and Hopkins, R. (2018). The relationship between postmating reproductive isolation and reinforcement in Phlox. Evolution 72, 1387–1398.
Tiffin, P., Olson, M.S., and Moyle, L.C. (2001). Asymmetrical crossing barriers in angiosperms. Proc R Soc Lond B 268, 861–867.
Vaughan, D.A. (1989). The genus Oryza L. current status of taxonomy. IRRI Res Pap Ser 138, 21.
Vaughan, D.A., Lu, B.R., and Tomooka, N. (2008). The evolving story of rice evolution. Plant Sci 174, 394–408.
Via, S. (2009). Natural selection in action during speciation. Proc Natl Acad Sci USA 106, 9939–9946.
Widmer, A., Lexer, C., and Cozzolino, S. (2009). Evolution of reproductive isolation in plants. Heredity 102, 31–38.
Xie, Y., Shen, R., Chen, L., and Liu, Y.G. (2019). Molecular mechanisms of hybrid sterility in rice. Sci China Life Sci 62, 737–743.
Zheng, X.M., and Ge, S. (2010). Ecological divergence in the presence of gene flow in two closely related Oryza species (Oryza rufipogon and O. nivara). Mol Ecol 19, 2439–2454.
Zhou, H.F., Zheng, X.M., Wei, R.X., Second, G., Vaughan, D.A., and Ge, S. (2008). Contrasting population genetic structure and gene flow between Oryza rufipogon and Oryza nivara. Theor Appl Genet 117, 1181–1189.
Zhou, L. (2019). Studies on flowering time variation and Hd1 gene in wild rice Oryza rufipogon and O. nivara. (Beijing: Institute of Botany, the Chinese Academy of Sciences).