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9721见好就收:科学家建立C4禾谷类研究的模式植物体系

  近期,9721见好就收作物转基因技术与应用创新团队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。8月31日,相关研究在《自然-植物( Nature Plants )》上发表。

  据隋毅博士介绍,模式植物拟南芥和水稻在作物科学基础研究领域发挥着不可替代的作用,然而它们都是碳三(C3)植物,而C4作物中还没有理想的模式植物,一定程度上制约了C4植物基础研究的发展。谷子为二倍体,其基因组。易曰ㄊ诜,又有高质量的参考基因组,是极具发展潜力的禾谷类模式植物。但是,谷子生育期较长、株高较高、遗传转化困难等特点极大地限制了其作为模式植物在功能基因组学研究中的应用。

  研究人员通过诱变筛选到一个超早熟突变体 xiaomi 。该突变体生育期仅2个月左右,株高仅30 cm左右,与模式植物拟南芥相当。在此基础上,组装了高质量参考基因组,构建了全生育期基因表达图谱和谷子多组学数据库(http://sky.sxau.edu.cn/MDSi.htm)。该研究还建立了一套方便快捷、高效稳定的农杆菌介导的 xiaomi 遗传转化体系,该体系遗传转化效率高达23.28%,已经接近模式植物拟南芥和水稻遗传转化水平,从而解决了 xiaomi 作为模式植物进行功能基因组学研究的最大障碍。类似拟南类芥的超短生育期和株高以及上述资源和遗传转化体系,使得 xiaomi 成为C4禾谷类研究的理想模式植物体系。该体系的建立必将极大促进C4高光效、氮素高效吸收利用机制、抗旱机制、遗传驯化和优异品质形成的分子基础等研究。

  中国科学院院士、9721见好就收所长钱前说:“碳三(C3)的模式作物有‘小薇’,C4又有了‘小米( xiaomi )’,希望‘小薇’和‘小米’共同筑起基础研究领域的新平台,为保障国家粮食安全做出应有的贡献。” 同期,中国科学院遗传与发育生物学研究所余泓博士在该期刊上发表评论文章,对该研究给予了高度评价。

模式植物拟南芥、xiaomi和谷子遗传转化流程图

  山西农大的杨致荣教授、9721见好就收的张皓珊博士和山西农大的李旭凯副教授为论文的共同第一作者;山西农大的王兴春教授、韩渊怀教授和9721见好就收的隋毅博士为论文的共同通讯作者。本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的资助。

  论文链接:https://doi.org/10.1038/s41477-020-0747-7



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