高级研究杂志:小麦母系祖先起源研究领域的新进展

来源：华中农业大学2022-04-27 12:16

近日，华中农业大学孙东发教授和任希锋教授团队首次提出了普通小麦母系祖先“双系谱起源”的新模式。

近日，华中农业大学孙东发教授和任希锋教授团队首次提出了共同母系祖先双重谱系起源的新模式。本研究的研究结果如下：关于CAF1家族进化的新见解和利用tacf1 a1特异性揭示小粒小麦物质预测子的起源发表在《高级研究杂志》在线版上。这篇文章是该团队继2018年与澳大利亚Murdoch大学和以色列Haifa大学合作发表关于PNAS的文献，揭示小麦籽粒中燕麦蛋白对面团形成品质和抗真菌活性的作用后取得的又一新进展。

小麦是世界上重要的粮食作物之一。作为一种多倍体植物，其起源、进化和驯化一直是全球小麦科学家关注的焦点。普通小麦有A、B、D三个亚基因组，其形成经历了两次杂交和染色体加倍事件。但由于B亲本的灭绝，B亚群的起源一直不确定，也没有普通小麦的直系野生种，给这项研究增加了难度。迄今为止，关于普通小麦母系祖先AB亚基因组的起源有多种假说，如单起源说、多起源说和网状起源说。此外，与其他禾本科作物相比，普通小麦种内和种间频繁渐渗的特性，使得普通小麦的遗传变异更加复杂，导致普通小麦subB和subAB亚组的起源成为小麦遗传进化领域一个尚未解决的百年难题。该团队从基因组AABB入手，以野生/栽培二粒小麦种质资源为材料，揭示了进化过程中四倍体小麦向普通小麦的基因库传递方式，通过回顾性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和栽培四倍体小麦潜在三系驯化模式的新见解，并利用现有公开数据对该模式进行了很好的验证。这项工作为小麦系统驯化的进一步研究奠定了良好的基础。

同时，研究小组发现了一个新的因子taca f1a家族，它调节植物雄配子的发育。CAF1蛋白是CCR4-NOT复合体的核心因子，在动物减数分裂和雄配子形成中起关键作用。但到目前为止，对植物CAF1的研究主要集中在生物和非生物胁迫方面。CAF1 A是一个非典型的CAF1亚家族，没有DEDD(Asp-Glu-Asp-Asp)结构域，是小麦科近缘种所特有的。在普通小麦中，其成员(46个成员)具有许多特化类型和重复基因爆炸的双重复制事件，并且发现其家族扩张是从祖先物种开始的，并不断进化。其中，TACA F1 A1是经历了再特化的关键成员，特异性高，仅存在于B和S亚组基因组中。同时，其单倍型Hap2和Hap8在不同倍性小麦中具有线性关系和高频率分布。更有趣的是，特化的tacaf1ia可能在动物体内重新获得类似于CAF1基因的调节雄性生殖细胞的功能，因此推测tacaf1ia家族是一个全新的调节植物雄性配子发育的因子。然而，其多种特化的进化生物学意义，以及microRNA star分子miR2275在花药发育中形成的miR2275-tacaf1ia1通路的具体调控机制有待进一步分析。该研究为CAF1在生物界的平行进化提供了新思路，也为揭示小麦的起源提供了新见解。

普通小麦tac af1a基因家族扩展示意图

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