Abbiamo trovato una o più letture che corrispondono esattamente alla posizione indel causale nel gene Rc per 255 adesioni di riso selvatico (Tabella 1; Tabella S1). In 33 casi (12,9%), è stata rilevata la variante rc con la cancellazione. Anche se non possediamo informazioni fenotipiche dettagliate sulle adesioni selvatiche, assumiamo che tutti abbiano pericarpo pigmentato., Dimostriamo quindi che l’allele rc esiste nel riso selvatico in moderata frequenza e non è necessariamente associato al pericarpo bianco, simile alla situazione precedentemente riportata per gli alleli sh4 e prog1. Di conseguenza, la conclusione di Sweeney et al. (2007) che l’allele rc ha avuto origine nella subsp. japonica e successivamente si diffuse in subsp. l’indica per ibridazione introgressiva è messa in discussione e si deve considerare la possibilità che tutti i gruppi di riso coltivati abbiano ottenuto l’allele rc direttamente dai loro progenitori selvatici.,
Nel caso del gene LABA1, abbiamo trovato corrispondenze perfette per la posizione indel in 215 accessi selvatici. In 33 di questi (~15%), è stata rilevata la variante con la cancellazione. Al contrario, Hua et al. (2015) non ha trovato un singolo caso dell’allele laba1 nel loro campione più piccolo di 43 adesioni O. rufipogon.,
Le trame delle posizioni geografiche delle adesioni selvatiche che portano gli alleli rc e laba1 mostrano che entrambi gli alleli hanno una distribuzione relativamente ampia (Fig. 1). Questo è coerente con i risultati di Liu et al. (2015), che non ha trovato alcuna correlazione tra gruppi genetici e regioni geografiche nel riso selvatico, e ha attribuito l’assenza di un modello filogeografico a ripetute estinzioni e ricolonizzazioni di popolazioni selvatiche durante i cicli glaciali-interglaciali quaternari. Se questa spiegazione è corretta, può implicare che entrambe le mutazioni sono emerse prima dell’ultima glaciazione.,
Posizione geografica delle adesioni di O. rufipogon con gli alleli rc (a) e laba1 (b). In entrambi i casi, due campioni cinesi non vengono visualizzati a causa di coordinate non disponibili. Mappa preparata in Google Earth v7.1. 5. 1557
Si potrebbe sostenere che l’osservazione degli alleli di “addomesticamento” in popolazioni selvatiche non necessariamente rifiuta l’ipotesi della loro origine in coltivazione., Ciascuno degli alleli recessivi potrebbe essere emerso durante il processo di addomesticamento e sfuggito in popolazioni selvatiche dal flusso genico. Questa possibilità deve essere valutata criticamente. Il flusso genico da O. sativa ai suoi parenti selvatici è stato ben documentato a causa delle preoccupazioni di fuga del transgene dal riso geneticamente modificato (Song et al. 2003; Chen et al. 2004; Wang et al. 2006; Shivrain et al. 2007). Gli alleli recessivi dei geni Sh4, PROG1, Rc e LABA1 possono essere trasferiti dal flusso genico proprio come qualsiasi altro segmento genomico., Tuttavia, questi alleli sono neutri (se non si manifesta alcun cambiamento fenotipico) o svantaggiosi nelle popolazioni selvatiche. In assenza di selezione positiva, è difficile concepire che il flusso genico e la ritenzione degli alleli in natura si verifichino nella misura in cui le frequenze riportate per sh4 (~26%; Zhu et al. 2012), rc e laba1 (~13 e 15%, rispettivamente; questo studio). Inoltre, gli alti valori dell’indice di fissazione (FST) indicano che la barriera riproduttiva tra riso coltivato e O. rufipogon è relativamente forte. Ad esempio, Huang et al., (2012) ha calcolato che il FST tra subsp. japonica e la sua popolazione progenitrice presunta è 0.36, il che significa che il riso japonica e il suo progenitore selvatico—sebbene simpatrico-condividono meno variabilità genetica rispetto agli asiatici orientali con persone provenienti dall’Africa sub-sahariana (FST = 0.19; Nelis et al. 2009).
Le considerazioni di cui sopra suggeriscono che la presenza di alleli di addomesticamento nel riso selvatico non è interamente spiegata dal flusso genico di O. sativa, ma sono necessari dati empirici per confermare questo punto. Un modo per affrontare la questione è l’esplorazione della diversità associata., Se gli alleli di addomesticamento trovati in O. rufipogon sono derivati da riso coltivato, allora la loro diversità nucleotidica nelle popolazioni selvatiche non dovrebbe superare la loro diversità in O. sativa. D’altra parte, se l’emergere delle mutazioni causali precede l’addomesticamento, allora gli alleli di addomesticamento trovati in O. rufipogon avrebbero una maggiore diversità rispetto a O. sativa. Le nostre stime sulla diversità dei nucleotidi indicano che quest’ultima interpretazione è corretta. Le regioni di 10 kb che circondano la delezione causale contengono ~ 4× più polimorfismi in rc-type e laba1-type O., rufipogon di quanto non facciano in O. sativa (Tabella 1). Per l’allele sh4, si può dimostrare direttamente che la sostituzione causale G → T che cambia l’asparagina per la lisina nel prodotto proteico è emersa nel riso selvatico prima dell’addomesticamento. Questo è stabilito da un albero genetico costruito dai dati di polimorfismo nell’esone Sh4, nell’introne parziale e nella regione di fiancheggiamento ~1.5 kb pubblicati da Zhu et al. (2012). L’albero filogenetico mostra che la maggior parte degli aplotipi con la sostituzione G → T formano un clade in cui le sequenze trovate in O., rufipogon occupa sia la posizione basale che quella sorella rispetto agli aplotipi presenti in O. sativa (Fig. 2). Inoltre, nella matrice SNP di Huang et al. (2012) abbiamo trovato un sito polimorfico circa 1 kb a valle della sequenza di codifica Sh4 (cromosoma 4; posizione IRGSP4 34,628,688). Tutti i 99 subsp. le adesioni indica con dati hanno A in questa posizione, mentre 46 su 67 punti dati japonica non mancanti sono C (68,7%). Entrambe le varianti si trovano in O. rufipogon (Tabella S1), indicando che gli aplotipi sh4 di O. sativa non provengono da un singolo genotipo selvatico.,
Albero di massima parsimonia costruito dai dati dell’aplotipo sh4 pubblicati da Zhu et al. (2012). Gli aplotipi con l’asterisco portano T nel sito FNP (Polimorfismo nucleotidico funzionale) identificato da Li et al. (2006) (cromosoma 4; posizione IRGSP4 34.631.527). Gli aplotipi H104 e H105 (blu) si trovano solo nel riso erbaceo. Tutto il riso coltivato porta uno degli aplotipi H1 e H2 (rosso) che si trovano anche nel riso selvatico., Gli aplotipi H10, H11, H12, H13, H14, H15, H84, H93 e H95 si trovano solo nel riso selvatico. L’origine dedotta del G → T FNP è indicata da una freccia. Due aplotipi selvatici non correlati portano anche T nel sito FNP (H92, H100), probabilmente a causa dell’omoplasia. Gli aplotipi H76 e H91 probabilmente hanno incontrato mutazioni T → G invertite
Per l’allele prog1, la mutazione causale non è stata identificata in modo inequivocabile dall’insieme dei polimorfismi candidati (Tan et al., 2008), e quindi non abbiamo potuto ordinare la popolazione selvatica in classi prog1 / PROG1. Tuttavia, abbiamo identificato la variabilità che indica storie genealogiche indipendenti in diversi gruppi di O. sativa. Un SNP situato a 230 bp a monte del codone PROG1 start (cromosoma 7; posizione IRGSP4 2,872,361) è uniforme in subsp. indica (tutte le 127 adesioni con dati hanno C; Tabella S1) ma variabile in subsp. japonica (58,9% C e 41,1% A; 129 adesioni con dati)., A breve distanza più a monte – 780 bp lontano dal codone di inizio PROG1 (cromosoma 7; posizione IRGSP4 2,872,911)—è stata trovata un’altra posizione polimorfica, questa volta monomorfa in subsp. japonica (tutte le 128 adesioni con dati hanno C) e polimorfico in subsp. indica (77,6% C e 22,4% T; 143 adesioni con dati). Entrambe queste posizioni sono variabili in O. rufipogon. Quindi, osserviamo due aplotipi in subsp. indica (TC-prog1 e CC-prog1) e due aplotipi nella subsp. japonica (CC-prog1 e CA-prog1). Subsp. indica non potrebbe aver ottenuto l’aplotipo TC-prog1 da subsp., japonica poiché non si verifica lì, e allo stesso modo, subsp. japonica non avrebbe potuto ottenere l’aplotipo CA-prog1 da subsp. indica. Tuttavia, entrambi i gruppi avrebbero potuto ottenere entrambi gli aplotipi dal riso selvatico, che è la spiegazione più parsimoniosa.
La diversità associata a prog1 e sh4 indica quindi diverse storie genealogiche per questi alleli in subsp. indica e subsp. japonica, ma sfortunatamente, i set di dati dell’intero genoma non consentono di trarre conclusioni sul gruppo aus. È interessante notare che, Sweeney et al., (2007) ha riportato una seconda mutazione che interrompe il frame di lettura aperto del gene Rc e porta al pericarpo bianco in alcune varietà aus. Allo stesso modo, Hua et al. (2015) ha trovato diverse varietà aus con l’allele LABA1 (wild type) ma le tende senza ardiglione. Queste osservazioni indicano che mutazioni alternative sono alla base del fenotipo addomesticato di alcune cultivar aus, in accordo con il nostro precedente suggerimento che questo gruppo ha una storia di addomesticamento unica (Civáň et al. 2015).
In conclusione, mostriamo che gli alleli rc, laba1, prog1 e sh4 sono moderatamente frequenti in O., popolazioni di rufipogon, dove mostrano una maggiore diversità associata rispetto a quella presente in O. sativa. Questa evidenza suggerisce che le mutazioni causali che determinano il pericarpo bianco, le tende senza ardiglione, la crescita eretta e l’orecchio non frantumante in O. sativa sono emerse nel riso selvatico prima dell’addomesticamento. Poiché queste mutazioni non sono associate al fenotipo addomesticato nel riso selvatico, un gruppo di geni interagenti è probabilmente responsabile del tratto fenotipico in ciascun caso., L’implicazione è che, per ciascuno di questi tratti, la selezione nel riso coltivato agisce su una rete di alleli piuttosto che su un singolo locus. Un singolo gene può ancora determinare i fenotipi alternativi, ma solo nello sfondo allelico appropriato.
I nostri risultati ampliano il possibile ambito di modelli che descrivono gli eventi che danno origine ai diversi gruppi di riso coltivato., L’uniformità degli alleli di addomesticamento nel riso coltivato ha precedentemente limitato quei modelli, con particolare attenzione agli schemi in cui il fenotipo di addomesticamento ha avuto origine in un tipo di riso e successivamente è stato trasferito ad altri gruppi mediante ibridazione introgressiva (ad esempio Sweeney et al. 2007; Lui et al. 2011; Huang et al. 2012; Yang et al. 2012; Hua et al. 2015; Oikawa et al. 2015)., L’ipotesi di fondo su cui si basano questi modelli, che i diversi gruppi di riso non avrebbero potuto acquisire alleli di addomesticamento dalla variazione permanente nella popolazione selvatica, è chiaramente errata. Viceversa, modelli che propongono domesticazioni indipendenti dando origine a subsp. indica, subsp. japonica e / o aus (ad esempio Civáň et al. 2015) non sono invalidati dall’uniformità degli alleli di addomesticamento in questi diversi gruppi.
