encontramos una o más lecturas que coinciden exactamente con la posición Indel causativa en el gen Rc Para 255 accesiones de arroz silvestre (Tabla 1; Tabla S1). En 33 casos (12,9%) se detectó la variante rc con deleción. Aunque no poseemos información fenotípica detallada sobre las accesiones silvestres, Suponemos que todas ellas tienen pericarpio pigmentado., Por lo tanto, mostramos que el alelo rc existe en arroz silvestre en frecuencia moderada y no está necesariamente asociado con el pericarpio blanco, similar a la situación reportada previamente para los alelos SH4 y prog1. En consecuencia, la conclusión de Sweeney et al. (2007) que el alelo rc se originó en subsp. japonica y más tarde se extendió a subsp. indica por hibridación introgresiva se cuestiona, y la posibilidad de que todos los grupos de arroz cultivados obtuvieron el alelo rc directamente de sus progenitores silvestres tiene que ser considerada.,
en el caso del gen LABA1, encontramos coincidencias perfectas para la posición indel en 215 accesiones silvestres. En 33 de ellos (~15%), se detectó la variante con la eliminación. En contraste, Hua et al. (2015) no encontraron un solo caso del alelo laba1 en su muestra más pequeña de 43 accesiones de O. rufipogon.,
Las gráficas de las ubicaciones geográficas de las accesiones silvestres que llevan los alelos rc y laba1 muestran que ambos alelos tienen una distribución relativamente amplia (Fig. 1). Esto es consistente con los resultados de Liu et al. (2015), quienes no encontraron correlación entre los grupos genéticos y las regiones geográficas en el arroz silvestre, y atribuyeron la ausencia de un patrón filogeográfico a extinciones repetidas y recolonizaciones de poblaciones silvestres durante los ciclos glacial-interglacial Cuaternario. Si esta explicación es correcta, puede implicar que ambas mutaciones surgieron antes de la última glaciación.,
ubicación geográfica de las accesiones de O. rufipogon con los alelos rc (A) y laba1 (b). En ambos casos, dos muestras chinas no se muestran debido a coordenadas no disponibles. Mapa elaborado en Google Earth v7.1.5.1557
se podría argumentar que la observación de la «domesticación» de los alelos en las poblaciones silvestres no necesariamente rechazar la hipótesis de su origen bajo cultivo., Cada uno de los alelos recesivos podría haber surgido durante el proceso de domesticación y escapado a las poblaciones silvestres por flujo genético. Esta posibilidad necesita ser evaluada críticamente. El flujo de genes de O. sativa a sus parientes silvestres ha sido bien documentado debido a la preocupación por el escape de transgénicos del arroz modificado genéticamente (Song et al. 2003; Chen et al. 2004; Wang et al. 2006; Shivrain et al. 2007). Los alelos recesivos de los genes Sh4, PROG1, Rc y LABA1 pueden ser transferidos por flujo génico como cualquier otro segmento genómico., Sin embargo, estos alelos son neutrales (si no se manifiesta ningún cambio fenotípico) o desventajosos en las poblaciones silvestres. En ausencia de una selección positiva, es difícil concebir que el flujo génico y la retención de los alelos en la naturaleza ocurriría en la medida que resulte en las frecuencias reportadas para sh4 (~26%; Zhu et al. 2012), rc y laba1 (~13 y 15%, respectivamente; este estudio). Además, los altos valores del índice de fijación (FST) indican que la barrera reproductiva entre el arroz cultivado y O. rufipogon es relativamente fuerte. Por ejemplo, Huang et al., (2012) calculó que el FST entre subsp. japonica y su supuesta población progenitora es de 0.36, lo que significa que el arroz japonica y su progenitora silvestre—aunque simpátrica—comparten menos variabilidad genética que los asiáticos orientales con personas de África subsahariana (FST = 0.19; Nelis et al. 2009).
las consideraciones anteriores sugieren que la presencia de alelos de domesticación en el arroz silvestre no se explica por completo por el flujo genético de O. sativa, pero se necesitan datos empíricos para confirmar este punto. Una forma de abordar la cuestión es mediante la exploración de la diversidad asociada., Si los alelos de domesticación que se encuentran en O. rufipogon se derivan del arroz cultivado, entonces no se esperaría que su diversidad de nucleótidos en poblaciones silvestres exceda su diversidad en O. sativa. Por otro lado, si la aparición de las mutaciones causantes precede a la domesticación, entonces los alelos de domesticación encontrados en O. rufipogon tendrían una mayor diversidad en comparación con O. sativa. Nuestras estimaciones de la diversidad de nucleótidos indican que esta última interpretación es correcta. Las regiones de 10 kb que rodean la deleción causativa contienen ~4 × más polimorfismos en el tipo rc y laba1-tipo O., rufipogon que en O. sativa (Tabla 1). Para el alelo sh4, se puede demostrar directamente que la sustitución causativa G → T que cambia la asparagina por lisina en el producto proteico surgió en el arroz silvestre antes de la domesticación. Esto es establecido por un árbol genético construido a partir de los datos de polimorfismo en el exón Sh4, intrón parcial y ~1.5 kb región flanqueante publicado por Zhu et al. (2012). El árbol filogenético muestra que la mayoría de los haplotipos con la sustitución G → T forman un clado donde las secuencias encontradas en O., el rufipogon ocupa las posiciones basal y hermana con respecto a los haplotipos encontrados en O. sativa (Fig. 2). Además, en la matriz SNP de Huang et al. (2012) encontramos un sitio polimórfico aproximadamente 1 kb aguas abajo de la secuencia de codificación Sh4 (cromosoma 4; IRGSP4 posición 34,628,688). Todas las 99 subsp. las accesiones indica con datos tienen A en esta posición, mientras que 46 de los 67 puntos de datos japonica no faltantes son C (68.7%). Ambas variantes se encuentran en O. rufipogon (tabla S1), lo que indica que los haplotipos sh4 de O. sativa no se originan de un solo genotipo silvestre.,
árbol de parsimonia máxima construido a partir de los datos del haplotipo sh4 publicados por Zhu et al. (2012). Haplotipos con asterisco portan T en el sitio FNP (polimorfismo de nucleótidos funcionales) identificado por Li et al. (2006) (cromosoma 4; IRGSP4 posición 34.631.527). Los haplotipos H104 y H105 (azul) solo se encuentran en el arroz de maleza. Todo el arroz cultivado lleva cualquiera de los haplotipos H1 y H2 (rojo) que también se encuentran en el arroz silvestre., Los haplotipos H10, H11, H12, H13, H14, H15, H84, H93 y H95 solo se encuentran en el arroz silvestre. El origen inferido del G → T FNP se indica mediante una flecha. Dos haplotipos silvestres no relacionados también portan T en el sitio FNP (H92, H100), probablemente como resultado de homoplasia. Los haplotipos H76 y H91 probablemente encontraron mutaciones T → G inversas
para el alelo prog1, la mutación causante no se ha identificado inequívocamente a partir del conjunto de polimorfismos candidatos (Tan et al., 2008), y por lo tanto no pudimos clasificar la población silvestre en clases prog1/PROG1. Sin embargo, identificamos variabilidad que indica historias genealógicas independientes en diferentes grupos de O. sativa. Un SNP localizado 230 PB aguas arriba del codón de inicio PROG1 (cromosoma 7; IRGSP4 posición 2,872,361) es uniforme en subsp. indica (las 127 accesiones con datos tienen C; tabla S1) pero variable en subsp. japonica (58,9% C y 41,1% A; 129 accesiones con datos)., A corta distancia aguas arriba-a 780 PB del codón de inicio PROG1 (cromosoma 7; IRGSP4 posición 2.872.911) – se encontró otra posición polimórfica, esta vez monomórfica en subsp. japonica (las 128 accesiones con datos tienen C) y polimórfica en subsp. indica (77,6% C y 22,4% T; 143 accesiones con datos). Ambas posiciones son variables en O. rufipogon. Así, observamos dos haplotipos en subsp. indica (TC-prog1 y CC-prog1) y dos haplotipos en subsp. japonica (CC-prog1 y CA-prog1). Subsp. indica no pudo haber obtenido el haplotipo TC-prog1 de subsp., japonica ya que no ocurre allí, y del mismo modo, subsp. japonica no pudo obtener el haplotipo CA-prog1 de subsp. indica. Sin embargo, ambos grupos podrían haber obtenido ambos haplotipos de arroz silvestre, que es la explicación más parsimoniosa.
la diversidad asociada con prog1 y sh4 por lo tanto indica diferentes historias genealógicas para estos alelos en subsp. indica y subsp. japonica, pero desafortunadamente, los conjuntos de datos del genoma completo no permiten sacar conclusiones sobre el grupo aus. Curiosamente, Sweeney et al., (2007) reportaron una segunda mutación que alteró el marco de lectura abierto del gen Rc y condujo al pericarpio blanco en algunas variedades de aus. Del mismo modo, Hua et al. (2015) encontraron varias variedades de aus con el alelo LABA1 (tipo salvaje) pero con aristas sin barbless. Estas observaciones indican que las mutaciones alternativas subyacen al fenotipo domesticado de algunos cultivares de aus, de acuerdo con nuestra sugerencia anterior de que este grupo tiene una historia de domesticación única (Civáň et al. 2015).
En conclusión, mostramos que los alelos rc, laba1, prog1 y sh4 son moderadamente frecuentes en O., poblaciones de rufipogon, donde muestran una mayor diversidad asociada que la presente en O. sativa. Esta evidencia sugiere que las mutaciones causantes que determinan el pericarpio blanco, los aristas Sin barba, el crecimiento erecto y el oído no roto en O. sativa emergieron en el arroz silvestre antes de la domesticación. Dado que estas mutaciones no están asociadas con el fenotipo domesticado en el arroz silvestre, un grupo de genes que interactúan es probablemente responsable del rasgo fenotípico en cada caso., La implicación es que, para cada uno de estos rasgos, la selección en el arroz cultivado actúa sobre una red de alelos en lugar de en un locus individual. Un solo gen todavía puede determinar los fenotipos alternativos, pero solo en el fondo alélico apropiado.
nuestros resultados amplían el alcance posible de los modelos que describen los eventos que dan lugar a los diferentes grupos de arroz cultivado., La uniformidad de los alelos de domesticación en el arroz cultivado ha limitado previamente esos modelos, centrándose en gran medida en esquemas en los que el fenotipo de domesticación se originó en un tipo de arroz y posteriormente se transfirió a otros grupos por hibridación introgresora (por ejemplo, Sweeney et al. 2007; He et al. 2011; Huang et al. 2012; Yang et al. 2012; Hua et al. 2015; Oikawa et al. 2015)., La suposición subyacente en la que se basan estos modelos, de que los diferentes grupos de arroz no podrían haber adquirido alelos de domesticación a partir de la variación permanente en la población silvestre, es claramente incorrecta. Por el contrario, modelos que proponen domesticaciones independientes dando lugar a subsp. indica, subsp. japonica y / o aus (por ejemplo, Civáň et al. 2015) no son invalidados por la uniformidad de los alelos de domesticación en estos diferentes grupos.
