适应性辐射是指在较短的地史时期内来自于同一祖先的物种数量急剧增加并在形态和适应特征上出现明显分歧的现象。迄今，国外学者提出了多种宏观水平上的假说和理论来解释物种适应性辐射的形成、式样和可能动力，但目前尚没有提出可能具有普遍意义并可以在一定成度上通过实验"验证"的分子机制。然而，近年来基因组学、表观遗传学和分子生物学的快速进展，为深入研究适应性辐射的机理提供了新的可能和条件。作为重大项目有机组分，本课题拟在我们前期研究基础上，以典型适应性辐射成种的稻属（Oryza L.）天然种群结合相应的人工合成材料，综合利用多学科理论和方法，在基因组结构和功能层面上研究植物适应性辐射的分子机制。将重点探讨贯穿植物进化历程的重要事件（杂交、多倍化、转座子活性、表观遗传变异）与适应性辐射必需的适应性变异、关键性状创新和生殖隔离之间的相关或因果关系。研究结果将有助于更深入、全面地理解生命进化的本质。

适应性辐射是指在较短的地史时间内来源于同一谱系或祖先的生物种类急剧增加并在形态和适应特征上出现明显分歧的现象。本课题通过选择禾本科中发生了快速物种分化的代表性类群--稻属（Oryza L.）为实验系统，利用基因组学、分子生物学和表观遗传学等多学科的理论和方法，尤其是各种功能和比较基因组学的先进手段，开展系统地研究并取得一系列研究成果。在研究内容之一“适应性辐射过程中基因组组成和结构的动态变化与植物适应性辐射”的研究中，通过选择稻属六个二倍体基因组的代表物种，基于106个单拷贝核基因的序列，用放松分子钟方法和最大似然及贝叶斯方法对稻属的起源时间和基因组分化时间进行了定位，发现中新世中期至上新世的气候波动对稻属的这两次快速物种分化的影响。在研究内容之二“杂交/多倍化过程、基因组重组和基因二倍化与植物适应性辐射”的研究中，通过模拟稻属适应性辐射过程中的重要成种事件，从多层面（亚种间、不同基因组类型间和不同属间）和多类型（杂交、渐渗和多倍化）合成了一系列新的稻属研究材料体系，并采用多种分子标记技术和新一代高通量测序技术从基因组和转录组水平进行研究，发现这些重要事件对水稻遗传系统（基因组稳定性和基因表达调控）产生广泛和深远影响，从而阐释了这些重要进化事件与稻属物种适应性辐射间的可能关系。在研究内容之三“表观遗传学机制与植物适应性辐射的可能关系”的研究中，通过鉴定获得水稻AA基因组中两个重要表观遗传调控基因RDR1和MET1的突变体，并以此开展了相关研究，研究结果显示重要表观遗传调控机制的扰动对基因组遗传和表观遗传稳定性（包括转座子、DNA甲基化、small RNA等）及转录组产生重要影响，并探讨了相应事件在适应性辐射过程中的可能作用。同时结合表观遗传对环境影响敏感的特点，开展了逆境胁迫对水稻表观遗传稳定性影响的研究，发现逆境胁迫会诱导水稻产生表观遗传变异并对其后代适应性产生影响，并分析了这一机制对物种适应性辐射过程中关键性状创新的可能作用及其作用机制。本项目的实施为后续的深入研究奠定了基础。