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科學家建立碳四禾谷類研究的模式植物體系

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  近日,头奖彩票作物科學研究所与山西农业大学等单位合作利用迷你谷子构建碳四(C4)禾谷类作物研究的模式植物体系。相关研究成果在线发表在《自然-植物(Nature Plants)》上。

  據隋毅博士介紹,模式植物擬南芥和水稻在作物科學基礎研究領域發揮著不可替代的作用,然而它們都是碳三(C3)植物,C4作物中還沒有理想的模式植物,一定程度上制約了C4植物基礎研究的發展。谷子爲二倍體,其基因組小,且自花授粉,又有高質量的參考基因組,是極具發展潛力的禾谷類模式植物。但是,谷子生育期較長、株高較高、遺傳轉化困難等特點極大地限制了其作爲模式植物在功能基因組學研究中的應用。

  研究人員通過誘變篩選到一個超早熟突變體 xiaomi 。該突變體生育期僅2個月左右,株高僅30厘米左右,與模式植物擬南芥相當。在此基礎上,組裝了高質量參考基因組,構建了全生育期基因表達圖譜和谷子多組學數據庫(http://sky.sxau.edu.cn/MDSi.htm)。該研究還建立了一套方便快捷、高效穩定的農杆菌介導的 xiaomi 遺傳轉化體系,該體系遺傳轉化效率高達23.28%,已經接近模式植物擬南芥和水稻遺傳轉化水平,從而解決了 xiaomi 作爲模式植物進行功能基因組學研究的最大障礙。類似擬南芥類的超短生育期和株高以及上述資源和遺傳轉化體系,使得 xiaomi 成爲C4禾谷類研究的理想模式植物體系。該體系的建立必將極大促進C4高光效、氮素高效吸收利用機制、抗旱機制、遺傳馴化和優異品質形成的分子基礎等研究。

  中國科學院院士、作科所所長錢前說:“C3的模式作物有‘小薇’,C4又有了‘小米( xiaomi )’,希望‘小薇’和‘小米’共同築起基礎研究領域的新平台,爲保障國家糧食安全做出應有的貢獻。”同期,該期刊發表的評論文章對該研究給予了高度評價。

  

  模式植物擬南芥、 xiaomi 和谷子遺傳轉化流程圖

  该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金和山西省重点研发计划资助。(通讯员 卫斐)

  原文鏈接:https://doi.org/10.1038/s41477-020-0747-7

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