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农学院杂粮分子育种团队在谷子功能基因组学研究领域取得重大突破

发布时间:2020年09月01日 16:02 作者: 点击:[]

 

831日,山西农业大学农学院杂粮分子育种团队在国际植物领域顶级期刊Nature Plants1Top期刊,SCI影响因子13.256)发表了题为“A mini foxtail millet with an Arabidopsis-like life cycle as a C4model system”论文。同期,Nature Plants刊发了News & Views点评文章,对该研究给予了高度评价。据悉,这是我省在Nature Plants以第一单位发表的第一篇论文,也是近年来国际谷子研究领域发表的影响因子最高的论文。

杂粮分子育种团队在《Nature Plants》发表谷子功能基因组学研究成果

杂粮分子育种团队杨致荣教授、中国农业科学院作物科学研究所的张皓珊博士和杂粮分子育种团队李旭凯副教授为该论文共同第一作者,杂粮分子育种团队王兴春教授、韩渊怀教授和中国农业科学院作物科学研究所的隋毅副研究员为论文的共同通讯作者。美国普渡大学和英国诺丁汉大学等单位参与了部分研究。本研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和山西省重点研发计划的资助。

 

模式植物拟南芥和xiaomi

模式植物拟南芥和水稻在引领重要科学发现和先进研究技术方面扮演着十分重要的角色。然而,它们都是C3植物,作为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。谷子具有抗旱、耐瘠薄和高光效等突出优势,恰恰弥补了拟南芥和水稻作为模式植物的不足,是极具发展潜力的禾谷类模式植物。尽管如此,谷子生育期较长、株高较高、遗传转化困难,极大地限制了其作为模式植物在功能基因组学研究中的应用。研究人员获得了一个超短生育期谷子xiaomi,其生育期仅2个月左右,株高仅30cm左右。生育期和株高与模式植物拟南芥相当,适合室内大规模种植研究。在此基础上,组装了高质量的参考基因组,构建了全生育期基因表达图谱和谷子多组学数据库(http://sky.sxau.edu.cn/MDSi.htm),并建立了高效稳定的遗传转化体系。从而,将xiaomi发展成了C4禾谷类研究的模式植物。

杂粮分子育种团队负责人,我院韩渊怀教授介绍,此次论文发布的研究成果,是团队利用EMS诱变技术对山西省名优谷子晋谷21进行了诱变,从中筛选到超早熟突变体“xiaomi”。该成果还深入研究了谷子基因库。团队利用二代、三代基因测序技术对该超早熟材料进行了基因组测序和组装,获得了“xiaomi”高质量参考基因组,构建了全生育期基因表达图谱和谷子多组学数据库,更加明确基因表达的位置,不仅大大缩短育种进程,提高育种效率,而且大幅降低育种成本,培养出更多优良性状,是国际第一个比较全面的数据库,极大地方便了谷子功能基因组学研究,并且经过大量摸索和尝试,团队还建立起一套方便快捷、高效稳定的农杆菌介导的遗传转化体系,使得“xiaomi”成为C4禾谷类研究的理想模式植物体系。该体系将会极大地促进谷子以及其他禾谷类作物的功能基因组研究,对于发掘禾谷类基因资源、C4高光效研究以及分子育种具有重要的意义。

杂粮分子育种团队师生合影

山西农业大学杂粮分子育种团队(微信公众号mScience mCrop)由我院韩渊怀教授于2010年开始组建。现有成员26人,其中山西省高层次引进人才1人,山西省131领军人才1人,“三晋英才”拔尖骨干人才2人,“三晋英才”青年优秀人才8人,晋农新秀8人(图2)。团队主要从事杂粮功能基因组学、氮磷高效利用的分子调控网络、谷子优异品质形成的分子机制和谷子白发病抗性机制等研究。近年来,韩渊怀教授和团队其他成员承担了国家自然科学基金项目15项,国家重点研发计划项目子课题5项;发表SCI论文33篇;育成华金早、华金矮和华金杂等系列谷子品系。

论文链接:https://doi.org/10.1038/s41477-020-0747-7

 

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