自然通讯:研究发现控制高粱外壳性状的关键基因

来源：遗传和发育生物学研究所，2022-03-02 07336057

作物种子外壳性状的丧失是作物穗驯化过程中的典型事件。野生作物物种可以通过携带果壳性状来抵御外界的入侵，进而保证自身的繁衍。但这种有壳性状对于人工或机械化的种子脱粒、加工、播种都有很大的不便，所以被人类选为无壳(裸粒)性状。高粱是最早栽培的禾本科作物之一。高粱种子的外壳性状具有丰富的表型变异，其中粮用高粱的籽粒亚种大多是裸的。

作物种子外壳性状的丧失是作物穗驯化过程中的典型事件。野生作物物种可以通过携带果壳性状来抵御外界的入侵，进而保证自身的繁衍。但这种有壳性状对于人工或机械化的种子脱粒、加工、播种都有很大的不便，所以被人类选为无壳(裸粒)性状。高粱是最早栽培的禾本科作物之一，高粱种子的外壳性状具有丰富的表型变异，其中用作粮食的粮食亚种高粱多为裸子。早在80多年前，学者们就把谷壳性状作为区分高粱亚种的典型指标，但目前，高粱谷壳性状的分子基础还是一片空白。

中国科学院遗传与发育生物学研究所齐谐研究组发现，一个主基因GC1(颖壳覆盖1)位点的突变导致了高粱种子裸露的出现。Gc1是负调控衣壳特性的关键因子，其蛋白C端的截短突变可能通过减少26S蛋白酶体途径介导的降解而导致截短蛋白GC1的大量积累。马铃薯糖蛋白相关的磷脂酶SBP lai-1可能是GC1下游信号的关键成分，它可以通过上调细胞周期蛋白-CDK途径相关基因的表达来促进颖细胞增殖。因此，与GC1相比，体内更稳定的gc1-a可以促进SbpPLAII-1更多的降解，进而抑制SbpPLAII-1的功能，最终降低高粱的脱壳程度。

综上所述，本研究确定了控制高粱壳性状的关键基因GC1，其截短突变型使高粱种子脱粒效率提高了60%，揭示了穗部驯化过程中高粱壳性状变异的分子机制。目前，在禾谷类作物中，高粱等近40%的种质资源、大部分黍稷仍表现出严重的谷壳性状。截短的GC1等位基因的利用将为高粱、粟、黍等禾本科作物的裸粒育种提供理论支持。(100yiyao.com)

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