Journal of Advanced Research:小麦母系祖先起源研究领域取得新进展

　近日，华中农业大学孙东发和任喜峰教授团队首次提出了普通小麦母系祖先“双谱系起源”的新模式。该研究的研究成果以“New Insights into the Evolution of CAF1 Family and Utilization of TaCAF1Ⅰa1 Specificity to Reveal the Origin of the Maternal Progenitor for Common Wheat”为题在期刊Journal of Advanced Research在线发表。此文是该团队于2018年与澳大利亚Murdoch大学和以色列Haifa大学合作在PNAS上发文揭示小麦籽粒类燕麦蛋白在面团形成品质和抗真菌活性上的功能后取得的又一新进展。

 

　　小麦是世界上重要的粮食作物之一，作为一个多倍体植物，其起源、进化以及驯化一直是全球小麦科学家关注的热点。普通小麦有A、B、D三个亚基因组，其形成经历两次杂交和染色体加倍事件。但是由于B亲本的灭绝使得在B亚组的起源问题上一直尘埃未定，以及普通小麦并没有直接的野生种也使得这一研究举步维艰。到目前为止，对于普通小麦的母系祖先AB-subgenome的来源问题也更是存在着单起源、多起源和网状起源等假说，加之相对于其他禾本科作物，小麦种内和种间频繁渐渗的特性使得普通小麦遗传变异更加复杂，进而导致普通小麦subB和subAB亚组的起源问题成为小麦遗传进化领域内悬而未决的百年难题。该团队由基因组AABB入手利用野生/栽培二粒小麦种质资源为材料，揭示了四倍体小麦向普通小麦进化过程中基因库的传递方式，并根据追溯分析勾勒出普通小麦母系起源的关键轮廓，首次提出了普通小麦母系祖先“双谱系起源”的新模式以及栽培四倍体小麦潜在“三系统驯化模式”的新见解，并利用现有公共数据对该模型进行了很好地验证，该工作为下一步深入研究小麦系统驯化难题奠定了良好的基础。

 

　　同时，该团队在研究中发现一个调控植物雄配子发育的全新因子TaCAF1Ⅰa家族。CAF1蛋白是CCR4-NOT复合体的核心因子，它在动物的减数分裂和雄配子形成过程中起着关键作用，但到目前为止关于植物CAF1的研究主要集中在生物和非生物胁迫方面。CAF1Ⅰa是一个不含DEDD（Asp-Glu-Asp-Asp）结构域的非典型CAF1亚家族，区别于其他植物该亚家族为小麦族近缘物种间所特有，在普通小麦中其成员（46个）具有多种特化类型并存在重复基因大爆发的加倍复制事件，且发现其家族扩张是从祖先物种中就开始产生并不断进化。其中TaCAF1Ⅰa1是一个发生了再特化的关键成员，具有高度专一性，仅存于B亚组和S基因组中，同时其单倍型Hap2和Hap8在不同倍性小麦中存在线性关系并高频分布。更有趣的是，发生特化的TaCAF1Ⅰa反而可能重新获得了类似动物中的CAF1基因调控雄性生殖细胞的功能，所以推测TaCAF1Ⅰa家族是一个调控植物雄配子发育的全新因子。但其多次特化的进化生物学意义，以及与microRNA“明星分子”miR2275形成的miR2275-TaCAF1Ⅰa1通路在花药发育中的具体调控机制还有待进一步解析。该研究为开展CAF1在生物界中平行演化的工作提供了新思路，也为揭示小麦的起源提出了新见解。

 

　

 

普通小麦中TaCAF1Ⅰa的基因家族扩张示意图