近日，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)孫東發(fā)和任喜峰教授團隊首次提出了普通小麥母系祖先“雙譜系起源”的新模式。該研究的研究成果以“New Insights into the Evolution of CAF1 Family and Utilization of TaCAF1Ⅰa1 Specificity to Reveal the Origin of the Maternal Progenitor for Common Wheat”為題在期刊Journal of Advanced Research在線發(fā)表。此文是該團隊于2018年與澳大利亞Murdoch大學(xué)和以色列Haifa大學(xué)合作在PNAS上發(fā)文揭示小麥籽粒類燕麥蛋白在面團形成品質(zhì)和抗真菌活性上的功能后取得的又一新進展。
小麥是世界上重要的糧食作物之一，作為一個多倍體植物，其起源、進化以及馴化一直是全球小麥科學(xué)家關(guān)注的熱點。普通小麥有A、B、D三個亞基因組，其形成經(jīng)歷兩次雜交和染色體加倍事件。但是由于B親本的滅絕使得在B亞組的起源問題上一直塵埃未定，以及普通小麥并沒有直接的野生種也使得這一研究舉步維艱。到目前為止，對于普通小麥的母系祖先AB-subgenome的來源問題也更是存在著單起源、多起源和網(wǎng)狀起源等假說，加之相對于其他禾本科作物，小麥種內(nèi)和種間頻繁漸滲的特性使得普通小麥遺傳變異更加復(fù)雜，進而導(dǎo)致普通小麥subB和subAB亞組的起源問題成為小麥遺傳進化領(lǐng)域內(nèi)懸而未決的百年難題。該團隊由基因組AABB入手利用野生/栽培二粒小麥種質(zhì)資源為材料，揭示了四倍體小麥向普通小麥進化過程中基因庫的傳遞方式，并根據(jù)追溯分析勾勒出普通小麥母系起源的關(guān)鍵輪廓，首次提出了普通小麥母系祖先“雙譜系起源”的新模式以及栽培四倍體小麥潛在“三系統(tǒng)馴化模式”的新見解，并利用現(xiàn)有公共數(shù)據(jù)對該模型進行了很好地驗證，該工作為下一步深入研究小麥系統(tǒng)馴化難題奠定了良好的基礎(chǔ)。
同時，該團隊在研究中發(fā)現(xiàn)一個調(diào)控植物雄配子發(fā)育的全新因子TaCAF1Ⅰa家族。CAF1蛋白是CCR4-NOT復(fù)合體的核心因子，它在動物的減數(shù)分裂和雄配子形成過程中起著關(guān)鍵作用，但到目前為止關(guān)于植物CAF1的研究主要集中在生物和非生物脅迫方面。CAF1Ⅰa是一個不含DEDD（Asp-Glu-Asp-Asp）結(jié)構(gòu)域的非典型CAF1亞家族，區(qū)別于其他植物該亞家族為小麥族近緣物種間所特有，在普通小麥中其成員（46個）具有多種特化類型并存在重復(fù)基因大爆發(fā)的加倍復(fù)制事件，且發(fā)現(xiàn)其家族擴張是從祖先物種中就開始產(chǎn)生并不斷進化。其中TaCAF1Ⅰa1是一個發(fā)生了再特化的關(guān)鍵成員，具有高度專一性，僅存于B亞組和S基因組中，同時其單倍型Hap2和Hap8在不同倍性小麥中存在線性關(guān)系并高頻分布。更有趣的是，發(fā)生特化的TaCAF1Ⅰa反而可能重新獲得了類似動物中的CAF1基因調(diào)控雄性生殖細胞的功能，所以推測TaCAF1Ⅰa家族是一個調(diào)控植物雄配子發(fā)育的全新因子。但其多次特化的進化生物學(xué)意義，以及與microRNA“明星分子”miR2275形成的miR2275-TaCAF1Ⅰa1通路在花藥發(fā)育中的具體調(diào)控機制還有待進一步解析。該研究為開展CAF1在生物界中平行演化的工作提供了新思路，也為揭示小麥的起源提出了新見解。
來自以色列海法大學(xué)的Eviatar Nevo教授和華智生物技術(shù)有限公司的彭俊華研究員對本研究提供了支持，該研究獲得了國家重點研發(fā)計劃等項目的支助。該研究是孫龍清博士（湖北省農(nóng)科院）2014年以第一作者在Nature Communications發(fā)表我校棉花研究領(lǐng)域首篇高水平研究論文后，加入麥作課題組在我校小麥研究領(lǐng)域完成的又一成果。
原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2090123222000984
