摘要
多倍化是植物中一个反复出现的进化现象，并且还常常与杂交相伴发生形成异源多倍体。异源多倍体中，两套不同染色体的融合常常伴随一系列遗传上和表观遗传上的迅速变化，可能导致表型上的创新，或改变病原体抗性，从而提高植物对环境变化的适应能力。形态学研究是探讨进化问题的基础，NBS-LRR基因家族是R基因(Resistance Genes)中最重要和数量最多的一个家族，在植物防御病原体方面发挥着非常重要的作用。小粒野生稻（Oryza minuta）作为水稻最近缘且双亲现存的异源多倍体物种，对多种病虫害具有高抗性，是一种优质的种质资源。因此，了解异源多倍体O.minuta的形态变异和NBS-LRR基因家族的进化式样可以为研究多倍体的适应机制提供线索，同时也为基于杂交和全基因组加倍的作物育种工作提供理论基础，具有重要的理论意义和实践意义。 本研究以稻属小粒野生稻（O.minuta）及其亲本斑点野生稻（O.punctata）和药用野生稻（O.officinalis）为研究对象，一方面通过同质园实验和一系列统计分析对19个形态性状进行了观测和数据分析，另一方面，通过对NBS-LRR基因家族在全基因组范围内的鉴定和分类、基因组分布式样、基因家族扩张和收缩分析、系统发生和选择压力分析等，探讨了NBS-LRR基因家族在异源多倍体中的进化规律。本研究的主要结果如下: 1.通过对19个形态性状的观测和统计分析，发现种间差异大，分化明显，而物种内部总体水平均无显著的种内分化，只在个别性状出现差异。 2.获得了三个物种之间的重要鉴别性状。两亲本之间的关键区分性状为:O.punctata开花早，剑叶细长，芒更长，花药短，每株花序数更多，种子狭长。O.officinalis开花晚，植株更高，茎更粗，剑叶短宽，花药长，每序小花数更多，种子短宽。O.minuta与双亲之间的关键区分性状为:开花持续时间长，植株开散，茎很细、剑叶和花序都小，种子也很小，多数个体具横走茎。 3.通过严格的分析流程，在O.punctata，O.officinalis和O.minuta三个物种的全基因组中分别鉴定了263、296和476个NBS-LRR基因家族基因并将其分为NBS、CNL、TNL、CN、TN、NL和TX七个亚家族。它们在染色体上分布不均匀，三个物种中，该家族都有半数及以上(48.4％～55.9％)的基因是成簇分布的。 4.基因家族的扩张和收缩分析发现，成种50万年的O.minuta与成种一千多万年的短花药野稻(O.brachyantha)的收缩数目相当。 5.通过直系同源基因对和部分同源基因对的鉴定，以及基因家族的扩张和收缩分析，发现四倍体中NBS-LRR基因家族发生了大量的基因丢失，从而造成基因家族收缩，并且，四倍体中Bt亚基因组比Ct亚基因组的收缩程度要大得多。 6.通过选择压力分析发现，与两亲本相比，四倍体O.minuta NBS-LRR基因家族受到的选择压力更为松弛。异源多倍化后该基因家族在两个亚基因组中的进化速率和所受选择压力没有显著差异，但Ct亚基因组中有更多的NBS-LRR基因拷贝可能受到了正选择。 本研究推测，O.minuta所具有的植株开散和横走茎这两个不同于双亲的形态特征，可能具有适应意义，前者有利于提高植物的光合效率和抗病性，后者能够提高其繁殖能力。另外，杂交多倍化事件加速了NBS-LRR基因家族的进化，并且整个基因家族呈现收缩趋势，这暗示着自然选择可能倾向于减少病原体抗性的适应成本，以最大限度地保证植物生长和繁殖的需要。
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