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**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**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，**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