1月31日，我校生命科学学院马力耕教授团队在《植物通讯》（Plant Communications）在线发表了题为“小麦族物种通过选择功能缺失的 bHLH1 和 MYB1 等位基因产生白色籽粒”（Selection of dysfunctional alleles of bHLH1 and MYB1 genes produces white grain in the tribe Triticeae）的研究论文，揭示了小麦族物种籽粒颜色形成的分子机制以及 bHLH1 和 MYB1 等位基因在小麦族物种籽粒颜色演化中的关键作用，探索了籽粒颜色由蓝色向白色的进化过程和选择方式，并指出了 bHLH1-MYB1 介导的花青素合成机制在小麦分子设计育种中的应用潜力。

籽粒颜色是粮食作物的重要农艺性状之一，直接影响其营养价值。深入解析籽粒颜色形成与演化的分子机制，不仅对演化生物学的研究具有重要意义，也可以为作物育种提供理论依据和实践指导。本研究首次解析了蓝粒小麦籽粒颜色形成的分子机制，证实蓝粒籽粒颜色性状并非由早期所定义的“小麦蓝色基因”单基因控制，而是由来源于长穗偃麦草4Ag（unknown group 4 chromosome from A. ponticum，简称4Ag）染色体长臂上的两类转录因子家族基因—— ThbHLH1 和 ThMYB1/2 共同调控 ThbHLH1 与 ThMYB1 或 ThMYB2 在细胞核内形成转录激活复合体是蓝粒小麦籽粒颜色形成的必要条件。绝大多数麦族物种 bHLH1 和 MYB1 等位基因缺失，或者在 bHLH1 和 MYB1 的外显子内存在插入、缺失和点突变，造成 bHLH1 和 MYB1 不表达或可能只表达截短蛋白，或关键氨基酸突变最终造成 bHLH1 和 MYB1 功能异常。同时，麦族不同物种之间 bHLH1 和 MYB1 的突变位点和突变类型存在差异，表明各物种在演化过程中至少经历了一次丢失蓝粒性状的协同演化事件。此外，在相近的小麦族物种中，这些突变呈现出逐步发生的趋势。研究表明，对小麦族物种来说，种子糊粉层中花青素的积累是一种不利性状，这一性状在小麦族各物种演化过程中通过选择逐渐被白色性状取代。在渗透胁迫、盐胁迫及低温条件下，白色种子比蓝色种子的萌发势更强，显示萌发能力强的种子在农耕文明中更具竞争力。

揭示了小麦族物种蓝色种子形成分子机制后，论文还指出 bHLH1-MYB1 介导的蓝色籽粒性状可以应用于小麦分子设计育种。通过把上述两个未突变的基因转到小麦基因组中可以获得胚乳或糊粉层表达花青素的更具有营养价值的蓝色种子；同时糊粉层表达花青素的种子还可以作为小麦分子设计杂交育种技术中种子分选的有效标记。

首都师范大学生命科学学院博士后裴嘉伟为该论文的第一作者，马力耕为该论文的通讯作者。该研究得到国家重点研发计划和北京市自然科学基金项目支持。

文章DOI:  10.1016/j.xplc.2025.101265