The Plant Cell:中国农大孙传清课题组发表水稻进化研究文章
2016年9月16日，国际植物科学顶级期刊《The plant Cell》杂志在线发表了中国农业大学农学院教授孙传清课题组和清华大学谢道昕教授课题组合作的题为“GAD1 Encodes a Secreted Peptide That Regulates Grain Number, Grain Length and Awn Development in Rice Domestication”的研究论文，论文报道了研究人员在水稻进化研究上再次取得重要进展：研究发现了一个编码分泌肽分子调控水稻驯化过程中穗粒数、粒长及芒发育的改变。孙传清教授课题组博士研究生金晶为该论文的第一作者，孙传清教授为论文通讯作者。
亚洲栽培稻(Oryza sativa L.)是从普通野生稻(Oryza rufipogon Griff.)进化而来，其形态性状和生理特性上在此过程中都发生了巨大的变化。其中，野生稻通常拥有较少的每穗粒数，籽粒较长，且籽粒顶端长有长芒;而栽培稻每穗粒数较多，籽粒较短，且籽粒顶端无芒或者短芒。这些性状的改变有利于提高稻谷产量、便于稻谷收获、储藏和加工，对人类极为有利。
为揭示这一重要转变的分子机理，孙传清教授课题组鉴定了调控穗粒数、粒长及芒的发育基因GAD1(Grain number, grain length and Awn Development 1)。该基因位于水稻第染色体长臂，编码一个预测的富含半胱氨酸的小分子分泌肽，并与拟南芥中的EPFL(EPFLEPIDERMAL PATTERNING FACTOR-LIKE)家族有较高的同源性。GAD1蛋白在N端具有一个信号肽位点，其成熟肽在C端具有保守的半胱氨酸残基。栽培稻中gad1基因在编码区的移码突变破坏了保守半胱氨酸结构，导致了功能丧失，使穗粒数增加、籽粒变短，以及芒的发育受阻。序列分析表明，该基因在水稻驯化过程中受到了强烈的人工选择，并引起附近 ~900-kb的基因组区域遗传多样性的剧烈下降。他们的研究表明，除了大部分已知的编码转录因子和酶的基因，GAD1编码的小分子分泌肽参与了水稻进化过程。GAD1的克隆不仅揭示了信号肽分子在植物发育中的新功能，也为揭示水稻进化的分子机制提供了新线索。
普通野生稻(左)与栽培稻(右)穗、籽粒及芒的比较
原文链接：
GAD1 Encodes a Secreted Peptide That Regulates Grain Number, Grain Length and Awn Development in RICE Domestication
原文摘要：
Cultivated rice (Oryza sativa L.) was domesticated from wild rice (Oryza rufipogon Griff.), which typically displays fewer grains per panicle and longer grains than cultivated rice. In addition, wild rice has long awns, whereas cultivated rice has short awns or lacks them altogether. These changes represent critical events in rice domestication. Here, we identified a major gene, GRAIN NUMBER, GRAIN LENGTH AND AWN DEVELOPMENT 1 (GAD1), that regulates those critical changes during rice domestication. GAD1 is located on chromosome 8 and is predicted to encode a small secretary signal peptide belonging to the EPIDERMAL PATTERNING FACTOR-LIKE family. A frame-shift insertion in gad1 destroyed the conserved cysteine residues of the peptide, resulting in a loss of function, and causing the increased number of grains per panicle, shorter grains and awnless phenotype characteristic of cultivated rice. Our findings provide a useful paradigm for revealing functions of peptide signal molecules in plant development and helps elucidate the molecular basis of rice domestication.
作者：孙传清
