山西農(nóng)業(yè)大學(xué)雜糧分子育種團(tuán)隊(duì)與中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所等單位合作，經(jīng)過大規(guī)模誘變和篩選，獲得了一個(gè)超早熟迷你谷子新種質(zhì)“小米”。在此基礎(chǔ)上，經(jīng)過大量探索和嘗試，建立了一套方便快捷、高效穩(wěn)定遺傳轉(zhuǎn)化體系。從而，將“小米”發(fā)展成C4禾谷類研究的理想模式植物。
8月31日，國際植物領(lǐng)域頂尖期刊《自然—植物》在線發(fā)表了這一研究成果。據(jù)悉，這是近年來國際谷子研究領(lǐng)域發(fā)表的影響因子最高的論文。
類似動物和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的“小白鼠”一樣，長期以來植物領(lǐng)域一直采用雙子葉植物“擬南芥”作為模式植物。2018年，中國科學(xué)院院士錢前團(tuán)隊(duì)建立了單子葉植物水稻的模式植物體系“小薇”。“小薇”具有生長周期短、株型和生物量小、空間利用率高等優(yōu)勢。因此，可以像擬南芥一樣，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)大規(guī)模種植和篩選。
但是，高等植物按照CO?不同的同化途徑,分為C3、C4等植物。與C3植物相比，C4植物具有更高的光合效率和水肥利用效率。因此，解析C4高光效機(jī)制，并將其轉(zhuǎn)入水稻等C3作物中，有望大幅提高C3作物的產(chǎn)量，保障國家糧食安全。
然而，擬南芥和“小薇”都是C3植物。它們作為谷子、玉米和高粱等C4禾谷類作物的模式植物時(shí)有很大的局限性，無法解決諸如C4光合代謝以及許多黍亞科特殊的基礎(chǔ)問題。因此，“小米”模式植物體系的建立對于C4禾谷類植物基礎(chǔ)研究領(lǐng)域來說意義更為重大。
“在山西，谷子通常是5月份播種，到10月份才能收獲，生長周期長達(dá)5個(gè)月。對于科研人員而言，是一個(gè)相當(dāng)漫長的過程。此外，大田試驗(yàn)容易受到不利氣候條件的影響，如果遇到自然災(zāi)害有還可能導(dǎo)致試驗(yàn)徹底失敗，白白浪費(fèi)一年的時(shí)間。而我們研發(fā)的模式植物‘小米’從播種到收獲僅僅去要2個(gè)月左右，株高僅30 cm，這與模式植物擬南芥和‘小薇’相當(dāng)，非常適合室內(nèi)大規(guī)模種植研究。”論文的通訊作者山西農(nóng)業(yè)大學(xué)的王興春教授說。
“‘小米’的問世將對谷子、玉米和高粱等C4作物相關(guān)研究產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，大大加快這些作物C4高光效、抗旱抗病、遺傳馴化、養(yǎng)分利用和優(yōu)異品質(zhì)形成等分子機(jī)制的研究，縮短新品種培育所需的年限。”山西農(nóng)業(yè)大學(xué)雜糧分子育種團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人韓淵懷教授說。
水稻模式植物體系“小薇”研發(fā)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人中國科學(xué)院院士錢前對“小米”給予了高度評價(jià)，他說:“C3的模式作物有小薇，C4的又有了“小米”， ‘小薇’和‘小米’共同筑起的基礎(chǔ)研究領(lǐng)域的新平臺，將為保障國家糧食安全做出貢獻(xiàn)。”
