研究發(fā)現(xiàn)谷子產(chǎn)量調(diào)控關(guān)鍵基因

　　5月29日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所特色農(nóng)作物優(yōu)異種質(zhì)資源發(fā)掘與創(chuàng)新利用團(tuán)隊(duì)，通過谷子突變體圖位克隆到谷子籽粒產(chǎn)量調(diào)控的關(guān)鍵基因 SGD1 ，并解析了其調(diào)控禾谷類作物籽粒發(fā)育的分子機(jī)制，為提高禾谷類作物產(chǎn)量提供了理論基礎(chǔ)和基因資源。相關(guān)研究成果在線發(fā)表于《自然·通訊（ Nature Communications ）》上。

 

　　谷子是我國起源的特色雜糧作物，也是C4禾本科的新興模式植物。粒重及籽粒大小是禾本科作物的重要性狀，直接影響作物的最終產(chǎn)量。發(fā)掘主效位點(diǎn)和可被育種利用的關(guān)鍵基因，對(duì)于探索作物高產(chǎn)育種的遺傳基礎(chǔ)具有重要意義。

 

　　該團(tuán)隊(duì)利用谷子豫谷1號(hào)EMS突變體庫鑒定產(chǎn)量相關(guān)性狀的突變體，發(fā)掘到谷子籽粒產(chǎn)量調(diào)控的重要基因資源 SGD1 ，該基因編碼一個(gè)泛素連接酶，能夠通過調(diào)節(jié)植物細(xì)胞大小，影響谷子的株高、粒重和株型等多個(gè)關(guān)鍵農(nóng)藝性狀。研究表明， SGD1 編碼的泛素連接酶能夠與谷子泛素結(jié)合酶以及油菜素內(nèi)酯信號(hào)受體互作，進(jìn)而增強(qiáng)了油菜素內(nèi)酯信號(hào)的穩(wěn)定性，促進(jìn)多個(gè)基因共同作用調(diào)控作物的產(chǎn)量和抗性。通過對(duì)1681份谷子種質(zhì)資源中 SGD1 基因的單倍型分析及相關(guān)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，該基因的優(yōu)異單倍型，能夠顯著提高谷子單株產(chǎn)量及谷瘟病抗性。進(jìn)一步研究表明， SGD1 在水稻、小麥和玉米等禾谷類作物中具有保守的調(diào)控作物籽粒產(chǎn)量的功能。因此，解析和利用該基因資源，對(duì)提高禾谷類作物產(chǎn)量，保障國家糧食安全具有重要意義。

 

　　中國工程院院士尹偉倫教授對(duì)該成果做出了高度評(píng)價(jià)。他指出，該研究為提高谷子產(chǎn)量提供了全新的基因資源和重要的理論依據(jù)，對(duì)整個(gè)禾谷類作物的產(chǎn)量提升具有普遍意義，或?qū)⒊蔀楣茸雍秃坦阮愖魑锘A(chǔ)研究領(lǐng)域的標(biāo)志性成果。

 

　　中國科學(xué)院錢前院士認(rèn)為，該研究發(fā)揮了谷子作為新興模式作物應(yīng)有的優(yōu)勢(shì)，筑起了作物基礎(chǔ)研究領(lǐng)域的新平臺(tái)，必將為保障國家糧食安全做出貢獻(xiàn)。

 

　　中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所謝旗研究員指出該研究首次報(bào)道了作物中通過泛素化通路穩(wěn)定BR信號(hào)的分子機(jī)制，對(duì)深入認(rèn)識(shí)油菜素內(nèi)酯系統(tǒng)和泛素化系統(tǒng)對(duì)作物重要農(nóng)藝性狀的調(diào)控關(guān)系具有重要意義。

 

　　鑒于相關(guān)成果的重要性及影響力，5月31日，《自然·通訊》出版社將該論文遴選為植物科學(xué)領(lǐng)域的近期標(biāo)志性論文。

 

　　作科所刁現(xiàn)民研究員為本文通訊作者，湯沙、趙志英和劉曉彤博士為該論文共同第一作者。中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育研究所李云海研究員全程指導(dǎo)了該項(xiàng)研究。本研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金雜糧專項(xiàng)、國家谷子高粱產(chǎn)業(yè)體系和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院創(chuàng)新工程等項(xiàng)目的資助。

 

　　文章鏈接： https://www.nature.com/articles/s41467-023-38812-y