近日，華中農業大學孫東發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線上發表。此文是該團隊於2018年與澳大利亞Murdoch大學和以色列Haifa大學合作在PNAS上發文揭示小麥籽粒類燕麥蛋白在麵團形成品質和抗真菌活性上的功能後取得的又一新進展。
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家關注的熱點。普通小麥有A、B、D三個亞基因組，其形成經歷兩次雜交和染色體加倍事件。但是由於B親本的滅絕使得在B亞組的起源問題上一直塵埃未定，以及普通小麥並沒有直接的野生種也使得這一研究舉步維艱。到目前為止，對於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、多起源和網狀起源等假說，加之相對於其他禾本科作物，小麥種內和種間頻繁漸滲的特性使得普通小麥遺傳變異更加複雜，進而導致普通小麥subB和subAB亞組的起源問題成為小麥遺傳進化領域內懸而未決的百年難題。該團隊由基因組AABB入手利用野生/栽培二粒小麥種質資源為資料，揭示了四倍體小麥向普通小麥進化過程中基因庫的傳遞管道，並根據追溯分析勾勒出普通小麥母系起源的關鍵輪廓，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潜在“三系統馴化模式”的新見解，並利用現有公共數據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馴化難題奠定了良好的基礎。
普通小麥中TaCAF1Ⅰa的基因家族擴張示意圖
同時，該團隊在研究中發現一個調控植物雄配子發育的全新因數TaCAF1Ⅰa家族。CAF1蛋白是CCR4-NOT複合體的覈心因數，它在動物的減數分裂和雄配子形成過程中起著關鍵作用，但到目前為止關於植物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）結構域的非典型CAF1亞家族，區別於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）具有多種特化類型並存在重複基因大爆發的加倍複製事件，且發現其家族擴張是從祖先物種中就開始產生並不斷進化。其中TaCAF1Ⅰa1是一個發生了再特化的關鍵成員，具有高度專一性，僅存於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係並高頻分佈。更有趣的是，發生特化的TaCAF1Ⅰa反而可能重新獲得了類似動物中的CAF1基因調控雄性生殖細胞的功能，所以推測TaCAF1Ⅰa家族是一個調控植物雄配子發育的全新因數。但其多次特化的進化生物學意義，以及與microRNA“藝員分子”miR2275形成的miR2275-TaCAF1Ⅰa1通路在花藥發育中的具體調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的Eviatar Nevo教授和華智生物技術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計畫等項目的支助。該研究是孫龍清博士（湖北省農科院）2014年以第一作者在Nature Communications發表我校棉花研究領域首篇高水准研究論文後，加入麥作課題組在我校小麥研究領域完成的又一成果。
原文連結：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2090123222000984