遺傳發育所等作物馴化基因平行選擇研究取得進展

　　作物馴化是農業發展中最重要的事件之一。作物馴化過程中，一些重要農藝性狀表現出趨同馴化的特徵，這些特徵綜合在一起被稱為「馴化症候群」。控制這些性狀的基因是否在不同物種馴化中受到平行選擇一直是進化研究中的重要科學問題。迄今為止，同一基因在不同科作物馴化中受到平行選擇仍未見報導。種子休眠減弱是一個典型的「馴化症候群」相關農藝性狀。由於種子休眠表型難以鑑定，目前在作物馴化中受到選擇的控制種子休眠基因報導極少，也是最難研究的馴化性狀之一。

　　中國科學院遺傳與發育生物學研究所田誌喜研究組和儲成才研究組合作，聯合美國喬治亞大學教授Scott Jackson等團隊，通過全基因組關聯分析，鑑定到一個控制大豆種皮綠色的G基因。有意思的是，G基因在大豆馴化過程中受到選擇，且與大豆種子休眠減弱相關。進一步研究發現，G在水稻和番茄中的同源基因在馴化過程中也受到選擇。遺傳學實驗同樣證明，G在水稻馴化中同樣與種子休眠減弱相關。此外，擬南芥中該基因的同源基因也參與種子休眠調控，且野生群體中不同單倍型在休眠特性上也存在明顯差異。生化分析表明，G蛋白可能通過與調控植物休眠激素脫落酸（ABA）合成蛋白NCED3、PSY相互作用，調節ABA在種子中的積累，從而影響種子休眠。該基因是首個被發現在多個科作物馴化中受到平行選擇的基因，這對於新物種的馴化具有重要指導意義。

　　研究成果於9月24日在線發表於《自然-遺傳學》雜誌（Nature Genetics，DOI:10.1038/s41588-018-0229-2）。田誌喜研究組王敏、房超、劉羽誠與儲成才研究組李文振、徐凡為該論文共同第一作者，田誌喜、儲成才與Scott Jackson為共同通訊作者。該研究得到中科院戰略先導研究計劃、國家自然科學基金委的資助。

　　圖：種子休眠調控基因G在大豆和水稻中受到平行選擇。(A) 大豆突變位點的基因型頻率分布。(B) 大豆野生型東農50與互補轉基因植株種子萌發。(C) 野生水稻和栽培品種兩個亞種秈稻和粳稻的F_ST值。(D) 水稻野生型ZH11與互補轉基因植株種子萌發。(E) G蛋白可能的工作模型。

　　作物馴化是農業發展中最重要的事件之一。作物馴化過程中，一些重要農藝性狀表現出趨同馴化的特徵，這些特徵綜合在一起被稱為「馴化症候群」。控制這些性狀的基因是否在不同物種馴化中受到平行選擇一直是進化研究中的重要科學問題。迄今為止，同一基因在不同科作物馴化中受到平行選擇仍未見報導。種子休眠減弱是一個典型的「馴化症候群」相關農藝性狀。由於種子休眠表型難以鑑定，目前在作物馴化中受到選擇的控制種子休眠基因報導極少，也是最難研究的馴化性狀之一。
　　中國科學院遺傳與發育生物學研究所田誌喜研究組和儲成才研究組合作，聯合美國喬治亞大學教授Scott Jackson等團隊，通過全基因組關聯分析，鑑定到一個控制大豆種皮綠色的G基因。有意思的是，G基因在大豆馴化過程中受到選擇，且與大豆種子休眠減弱相關。進一步研究發現，G在水稻和番茄中的同源基因在馴化過程中也受到選擇。遺傳學實驗同樣證明，G在水稻馴化中同樣與種子休眠減弱相關。此外，擬南芥中該基因的同源基因也參與種子休眠調控，且野生群體中不同單倍型在休眠特性上也存在明顯差異。生化分析表明，G蛋白可能通過與調控植物休眠激素脫落酸（ABA）合成蛋白NCED3、PSY相互作用，調節ABA在種子中的積累，從而影響種子休眠。該基因是首個被發現在多個科作物馴化中受到平行選擇的基因，這對於新物種的馴化具有重要指導意義。
　　研究成果於9月24日在線發表於《自然-遺傳學》雜誌（Nature Genetics，DOI:10.1038/s41588-018-0229-2）。田誌喜研究組王敏、房超、劉羽誠與儲成才研究組李文振、徐凡為該論文共同第一作者，田誌喜、儲成才與Scott Jackson為共同通訊作者。該研究得到中科院戰略先導研究計劃、國家自然科學基金委的資助。

　　圖：種子休眠調控基因G在大豆和水稻中受到平行選擇。(A) 大豆突變位點的基因型頻率分布。(B) 大豆野生型東農50與互補轉基因植株種子萌發。(C) 野生水稻和栽培品種兩個亞種秈稻和粳稻的FST值。(D) 水稻野生型ZH11與互補轉基因植株種子萌發。(E) G蛋白可能的工作模型。