谷子 中國農(nóng)科院供圖
近日，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)新利用創(chuàng)新團(tuán)隊聯(lián)合國內(nèi)多家單位，在谷子中鑒定出了決定谷子光周期響應(yīng)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子SiPHYC，為解析植物光周期響應(yīng)遺傳機(jī)制提出了新見解，也為今后C4模式作物高效研究體系的建立提供了優(yōu)異種質(zhì)資源。相關(guān)研究成果發(fā)表在《新植物學(xué)家》（New Phytologist）上。
植物在長期進(jìn)化過程中通過適應(yīng)四季變化，在適當(dāng)時間開花完成世代繁衍。由于四季變化造成日照長度（即光周期）不同，在大于臨界日長才能夠開花的植物稱為長日植物，如擬南芥、二穗短柄草、小麥、大麥等植物；小于臨界日長才能夠開花的植物稱為短日植物，包括水稻、玉米、大豆、高粱、谷子等植物。長日植物在長光周期環(huán)境下開花比短光周期環(huán)境下開花提前，短日植物則恰恰相反。長期以來，植物對不同光周期響應(yīng)的遺傳調(diào)控機(jī)制仍然不清楚，決定植物長日或短日屬性的關(guān)鍵調(diào)控因子至今尚未明確。
光敏色素作為光受體可以感受光信號，參與了光周期對植物的開花（抽穗期）調(diào)控。為了解析植物對光周期響應(yīng)的遺傳機(jī)制，該研究利用群體遺傳學(xué)等研究方法，發(fā)現(xiàn)了SiphyC在谷子馴化過程中受到了選擇，進(jìn)而通過對特定不同遺傳背景谷子種質(zhì)資源開展早熟性谷子突變體的篩選，得到4個不同遺傳背景的SiphyC等位突變體。
這些突變體均表現(xiàn)為極早抽穗，同時伴隨著分蘗增多、株高降低等表型。谷子作為短日植物，抽穗期表現(xiàn)為長日抑制，短日促進(jìn)；但SiphyC突變體的抽穗期表現(xiàn)為長日促進(jìn)，短日抑制，呈現(xiàn)完全相反的表型，說明SiPHYC的突變會使谷子具有長日植物屬性。
該研究結(jié)果表明，短日植物谷子的光周期響應(yīng)受到SiPHYC直接調(diào)控，這一發(fā)現(xiàn)豐富了我們對光敏色素基因功能方面的科學(xué)認(rèn)識。
此外，研究人員利用谷子SiphyC突變體具備的早熟效應(yīng)，以及可以快速加代的特性，構(gòu)建了與之匹配的高效室內(nèi)種植體系，結(jié)果表明SiphyC突變體的種植密度較野生型可以提高4倍之多，并且可以實現(xiàn)種子到種子生命周期在45天之內(nèi)完成，這進(jìn)一步完善了谷子功能基因鑒定及高效研究技術(shù)體系平臺，為促進(jìn)谷子作為模式植物研究體系的發(fā)展，推動禾谷類作物C4、抗逆及品質(zhì)等基因的鑒定研究奠定了基礎(chǔ)。
該研究得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然基金、國家谷子高粱產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程項目的支持。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1111/nph.18493
