山西农业大学杂粮分子育种团队与中国农业科学院作物科学研究所等单位合作,经过大规模诱变和筛选,获得了一个超早熟迷你谷子新种质“小米”。在此基础上,经过大量探索和尝试,建立了一套方便快捷、高效稳定遗传转化体系。从而,将“小米”发展成C4禾谷类研究的理想模式植物。

8月31日,国际植物领域顶尖期刊《自然—植物》在线发表了这一研究成果。据悉,这是近年来国际谷子研究领域发表的影响因子最高的论文。

类似动物和医学领域的“小白鼠”一样,长期以来植物领域一直采用双子叶植物“拟南芥”作为模式植物。2018年,中国科学院院士钱前团队建立了单子叶植物水稻的模式植物体系“小薇”。“小薇”具有生长周期短、株型和生物量小、空间利用率高等优势。因此,可以像拟南芥一样,在实验室内大规模种植和筛选。

但是,高等植物按照CO₂不同的同化途径,分为C3、C4等植物。与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高光效机制,并将其转入水稻等C3作物中,有望大幅提高C3作物的产量,保障国家粮食安全。

然而,拟南芥和“小薇”都是C3植物。它们作为谷子、玉米和高粱等C4禾谷类作物的模式植物时有很大的局限性,无法解决诸如C4光合代谢以及许多黍亚科特殊的基础问题。因此,“小米”模式植物体系的建立对于C4禾谷类植物基础研究领域来说意义更为重大。

“在山西,谷子通常是5月份播种,到10月份才能收获,生长周期长达5个月。对于科研人员而言,是一个相当漫长的过程。此外,大田试验容易受到不利气候条件的影响,如果遇到自然灾害有还可能导致试验彻底失败,白白浪费一年的时间。而我们研发的模式植物‘小米’从播种到收获仅仅去要2个月左右,株高仅30 cm,这与模式植物拟南芥和‘小薇’相当,非常适合室内大规模种植研究。”论文的通讯作者山西农业大学的王兴春教授说。

“‘小米’的问世将对谷子、玉米和高粱等C4作物相关研究产生深远的影响,大大加快这些作物C4高光效、抗旱抗病、遗传驯化、养分利用和优异品质形成等分子机制的研究,缩短新品种培育所需的年限。”山西农业大学杂粮分子育种团队负责人韩渊怀教授说。

水稻模式植物体系“小薇”研发团队负责人中国科学院院士钱前对“小米”给予了高度评价,他说:“C3的模式作物有小薇,C4的又有了“小米”, ‘小薇’和‘小米’共同筑起的基础研究领域的新平台,将为保障国家粮食安全做出贡献。”(中国农网)