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    農學院雜糧分子育種團隊在谷子功能基因組學研究領域取得重大突破

    發布時間:2020-09-01 16:02    作者:    點擊率:

     

    831日,山西農業大學農學院雜糧分子育種團隊在國際植物領域頂級期刊Nature Plants1Top期刊,SCI影響因子13.256)發表了題為“A mini foxtail millet with an Arabidopsis-like life cycle as a C4model system”論文。同期,Nature Plants刊發了News & Views點評文章,對該研究給予了高度評價。據悉,這是我省在Nature Plants以第一單位發表的第一篇論文,也是近年來國際谷子研究領域發表的影響因子最高的論文。

    雜糧分子育種團隊在《Nature Plants》發表谷子功能基因組學研究成果

    雜糧分子育種團隊楊致榮教授、中國農業科學院作物科學研究所的張皓珊博士和雜糧分子育種團隊李旭凱副教授為該論文共同第一作者,雜糧分子育種團隊王興春教授、韓淵懷教授和中國農業科學院作物科學研究所的隋毅副研究員為論文的共同通訊作者。美國普渡大學和英國諾丁漢大學等單位參與了部分研究。本研究得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金和山西省重點研發計劃的資助。

     

    模式植物擬南芥和xiaomi

    模式植物擬南芥和水稻在引領重要科學發現和先進研究技術方面扮演著十分重要的角色。然而,它們都是C3植物,作為C4禾谷類作物的模式植物時有很大的局限性,無法解決諸如C4光合代謝以及許多黍亞科特殊的基礎問題。谷子具有抗旱、耐瘠薄和高光效等突出優勢,恰恰彌補了擬南芥和水稻作為模式植物的不足,是極具發展潛力的禾谷類模式植物。盡管如此,谷子生育期較長、株高較高、遺傳轉化困難,極大地限制了其作為模式植物在功能基因組學研究中的應用。研究人員獲得了一個超短生育期谷子xiaomi,其生育期僅2個月左右,株高僅30cm左右。生育期和株高與模式植物擬南芥相當,適合室內大規模種植研究。在此基礎上,組裝了高質量的參考基因組,構建了全生育期基因表達圖譜和谷子多組學數據庫(http://sky.sxau.edu.cn/MDSi.htm),并建立了高效穩定的遺傳轉化體系。從而,將xiaomi發展成了C4禾谷類研究的模式植物。

    雜糧分子育種團隊負責人,我院韓淵懷教授介紹,此次論文發布的研究成果,是團隊利用EMS誘變技術對山西省名優谷子晉谷21進行了誘變,從中篩選到超早熟突變體“xiaomi”。該成果還深入研究了谷子基因庫。團隊利用二代、三代基因測序技術對該超早熟材料進行了基因組測序和組裝,獲得了“xiaomi”高質量參考基因組,構建了全生育期基因表達圖譜和谷子多組學數據庫,更加明確基因表達的位置,不僅大大縮短育種進程,提高育種效率,而且大幅降低育種成本,培養出更多優良性狀,是國際第一個比較全面的數據庫,極大地方便了谷子功能基因組學研究,并且經過大量摸索和嘗試,團隊還建立起一套方便快捷、高效穩定的農桿菌介導的遺傳轉化體系,使得“xiaomi”成為C4禾谷類研究的理想模式植物體系。該體系將會極大地促進谷子以及其他禾谷類作物的功能基因組研究,對于發掘禾谷類基因資源、C4高光效研究以及分子育種具有重要的意義。

    雜糧分子育種團隊師生合影

    山西農業大學雜糧分子育種團隊(微信公眾號mScience mCrop)由我院韓淵懷教授于2010年開始組建?,F有成員26人,其中山西省高層次引進人才1人,山西省131領軍人才1人,“三晉英才”拔尖骨干人才2人,“三晉英才”青年優秀人才8人,晉農新秀8人(圖2)。團隊主要從事雜糧功能基因組學、氮磷高效利用的分子調控網絡、谷子優異品質形成的分子機制和谷子白發病抗性機制等研究。近年來,韓淵懷教授和團隊其他成員承擔了國家自然科學基金項目15項,國家重點研發計劃項目子課題5項;發表SCI論文33篇;育成華金早、華金矮和華金雜等系列谷子品系。

    論文鏈接:https://doi.org/10.1038/s41477-020-0747-7

     

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