作物種子包殼性狀的喪失是作物穗型馴化過程中的一個(gè)典型事件。作物野生種通過攜帶的包殼性狀抵御外界的侵襲，進(jìn)而保證自身的繁衍，然而這種包殼性狀極大地不方便人工或機(jī)械化的種子脫粒、加工和播種過程，因此被人類選擇成不包殼（裸粒）的性狀。高粱是人類最早栽培的禾本科作物之一，高粱種子的包殼性狀具有豐富的表型變異，其中粒用的籽粒高粱亞種多表現(xiàn)為裸粒。早在80多年前，學(xué)者就將包殼性狀作為區(qū)分高粱各亞種的一個(gè)典型指標(biāo)，但目前關(guān)于高粱包殼性狀的分子遺傳基礎(chǔ)仍然是一個(gè)空白。

 

　　中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所謝旗研究組利用遺傳學(xué)、生物信息學(xué)和分子生物學(xué)等手段，揭示了一個(gè)主效基因GC1（Glume Coverage 1）位點(diǎn)的變異導(dǎo)致了高粱種子裸露性狀的產(chǎn)生。GC1是一個(gè)負(fù)調(diào)控包殼性狀的關(guān)鍵因子，其蛋白的C端截短突變可能是通過減少其被26S蛋白酶體途徑介導(dǎo)的降解，導(dǎo)致截短蛋白gc1顯著積累。一個(gè)馬鈴薯糖蛋白相關(guān)磷脂酶SbpPLAII-1可能作為GC1下游信號的一個(gè)關(guān)鍵組分來發(fā)揮功能，其可以通過上調(diào)Cyclin-CDK通路相關(guān)基因的表達(dá)來促進(jìn)穎殼細(xì)胞增殖。因此相對于GC1而言，在體內(nèi)更穩(wěn)定的gc1-a能促進(jìn)更多的SbpPLAII-1降解，進(jìn)而抑制SbpPLAII-1的功能，最終降低高粱的包殼程度。

 

　　綜上，該研究鑒定了一個(gè)控制高粱包殼性狀的關(guān)鍵基因GC1，其截短突變的類型使高粱種子的脫粒效率提升了60%，并揭示了高粱穗型馴化過程中包殼性狀發(fā)生變異的分子機(jī)理。目前在禾谷類作物中，仍然有近40%的高粱、大部分谷子以及糜子等種質(zhì)資源材料表現(xiàn)為嚴(yán)重的包殼性狀，利用截短的GC1等位基因?qū)楦吡?、谷子及糜子等禾本科作物的裸粒育種提供理論支撐。

 

　　該研究于2月25日在線發(fā)表于Nature Communications雜志。該研究得到中科院種子精準(zhǔn)設(shè)計(jì)與創(chuàng)造A類先導(dǎo)專項(xiàng)和國家自然科學(xué)基金-山東聯(lián)合基金等的支持。