水稻是重要粮食作物之一，全球一半以上人口以水稻为主食。稻属有两个栽培种，即亚洲栽培稻 (Oryza sativa) 和非洲栽培稻 (O. glaberrima) ，它们分别由亚洲普通野生稻 (O. rufipogon) 和非洲短舌野生稻 (O. barthii) 驯化而来。在野生稻到栽培稻驯化过程中，人类不断改变野生稻形态，使之便于种植和收获，例如种子落粒性丧失、植株由匍匐变为直立、芒变短或消失等。野生稻颖壳和叶片布满毛刺，这对于野生稻自身是一种保护结构，但对于人类而言，在种植和收获过程中容易受到毛刺伤害，而且毛刺增加了稻谷储藏体积。相较于野生稻，大多数非洲栽培稻颖壳和叶片光滑无毛，因此又被称为“光身稻”或“光壳稻”，但是迄今为止，非洲栽培稻光身性状形成的分子机制并不明确。
2022年2月26日，中国农业大学朱作峰教授团队在Journal of Genetics and Genomics在线发表题为The genetic control of glabrous glume during African rice domestication的研究论文，揭示了非洲栽培稻驯化过程中颖壳和叶片变光滑的分子机制，为非洲栽培稻独立起源提供了新的分子证据。
该研究利用图位克隆从非洲野生稻 W1411 中分离到一个控制颖壳和叶片毛状体形成的基因 GLABROUS GLUME 5 (GLAG5) 。进一步研究发现，在非洲栽培稻驯化过程中， GLAG5 启动子区域的一个 hAT 转座子插入引起该区域 DNA 甲基化，进而抑制该基因表达，导致光壳表型。在该研究调查的 82 个非洲栽培稻品种中，所有 59 个携带 hAT 转座子的品种均表现光壳特征，而其余 23 个缺少 hAT 转座子的品种，颖壳和叶片均布满毛刺，说明 glag5 启动子区域的转座子插入变异是导致非洲栽培稻光壳表型的关键变异。研究还发现， GLAG5 基因具有多效性，利用基因编辑技术创制的 GLAG5 功能缺失突变体，花器官和株型均发育异常。总之，GLAG5基因的鉴定和演化分析，不仅为非洲栽培稻独立起源提供了新的分子证据，也表明选择多效性基因启动子区域变异是作物驯化的一种重要方式。
GLAG5启动子区域的hAT转座子插入导致非洲栽培稻光壳。A和C：非洲野生稻W1411颖壳表面布满毛刺；B和D：栽培稻IRGC104165为光壳；E：非洲栽培稻在启动区域有一个478 bp的插入；F和G：转座子插入降低栽培稻 GLAG5基因启动子活性且导致非洲栽培稻中GLAG5表达量下降。
中国农业大学农业生物技术国家重点实验室/农学院博士生常乐钦为该论文第一作者，朱作峰教授为通讯作者。相关工作得到国家自然科学基金资助。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.jgg.2022.02.009
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