近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所與山西農(nóng)業(yè)大學(xué)等單位合作利用迷你谷子構(gòu)建碳四（C4）禾谷類作物研究的模式植物體系。相關(guān)研究成果在線發(fā)表在《自然-植物（Nature Plants）》上。
據(jù)隋毅博士介紹，模式植物擬南芥和水稻在作物科學(xué)基礎(chǔ)研究領(lǐng)域發(fā)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(chǔ)研究的發(fā)展。谷子為二倍體，其基因組小，且自花授粉，又有高質(zhì)量的參考基因組，是極具發(fā)展?jié)摿Φ暮坦阮惸Ｊ街参铩５牵茸由谳^長、株高較高、遺傳轉(zhuǎn)化困難等特點極大地限制了其作為模式植物在功能基因組學(xué)研究中的應(yīng)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(dāng)。在此基礎(chǔ)上，組裝了高質(zhì)量參考基因組，構(gòu)建了全生育期基因表達(dá)圖譜和谷子多組學(xué)數(shù)據(jù)庫（http://sky.sxau.edu.cn/MDSi.htm）。該研究還建立了一套方便快捷、高效穩(wěn)定的農(nóng)桿菌介導(dǎo)的 xiaomi 遺傳轉(zhuǎn)化體系，該體系遺傳轉(zhuǎn)化效率高達(dá)23.28%，已經(jīng)接近模式植物擬南芥和水稻遺傳轉(zhuǎn)化水平，從而解決了 xiaomi 作為模式植物進(jìn)行功能基因組學(xué)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(zhuǎn)化體系，使得 xiaomi 成為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(jìn)C4高光效、氮素高效吸收利用機制、抗旱機制、遺傳馴化和優(yōu)異品質(zhì)形成的分子基礎(chǔ)等研究。
中國科學(xué)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’共同筑起基礎(chǔ)研究領(lǐng)域的新平臺，為保障國家糧食安全做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。”同期，該期刊發(fā)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(zhuǎn)化流程圖
該研究得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金和山西省重點研發(fā)計劃資助。（通訊員 衛(wèi)斐）
原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41477-020-0747-7
