作物種子包殼性狀的喪失是作物穗型馴化過程中的一個典型事件。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為裸粒。早在80多年前，學者就將包殼性狀作為區(qū)分高粱各亞種的一個典型指標，但目前關于高粱包殼性狀的分子遺傳基礎仍然是一個空白。

中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所謝旗研究組利用遺傳學、生物信息學和分子生物學等手段，揭示了一個主效基因GC1(Glume Coverage 1)位點的變異導致了高粱種子裸露性狀的產生。GC1是一個負調控包殼性狀的關鍵因子，其蛋白的C端截短突變可能是通過減少其被26S蛋白酶體途徑介導的降解，導致截短蛋白gc1顯著積累。一個馬鈴薯糖蛋白相關磷脂酶SbpPLAII-1可能作為GC1下游信號的一個關鍵組分來發(fā)揮功能，其可以通過上調Cyclin-CDK通路相關基因的表達來促進穎殼細胞增殖。因此相對于GC1而言，在體內更穩(wěn)定的gc1-a能促進更多的Sbp-PLAII-1降解，進而抑制SbpPLAII-1的功能，最終降低高粱的包殼程度。

綜上，該研究鑒定了一個控制高粱包殼性狀的關鍵基因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資源材料表現為嚴重的包殼性狀，利用截短的GC1等位基因將為高粱、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。

(來源：遺傳與發(fā)育生物學研究所)