5月29日，中國農業(yè)科學院作物科學研究所特色農作物優(yōu)異種質資源發(fā)掘與創(chuàng)新利用團隊，通過谷子突變體圖位克隆到谷子籽粒產量調控的關鍵基因SGD1，并解析了其調控禾谷類作物籽粒發(fā)育的分子機制，為提高禾谷類作物產量提供了理論基礎和基因資源。相關研究成果在線發(fā)表于《自然·通訊（Nature Communications）》上。

      

      谷子是我國起源的特色雜糧作物，也是C4禾本科的新興模式植物。粒重及籽粒大小是禾本科作物的重要性狀，直接影響作物的最終產量。發(fā)掘主效位點和可被育種利用的關鍵基因，對于探索作物高產育種的遺傳基礎具有重要意義。

      

      該團隊利用谷子豫谷1號EMS突變體庫鑒定產量相關性狀的突變體，發(fā)掘到谷子籽粒產量調控的重要基因資源SGD1，該基因編碼一個泛素連接酶，能夠通過調節(jié)植物細胞大小，影響谷子的株高、粒重和株型等多個關鍵農藝性狀。研究表明，SGD1編碼的泛素連接酶能夠與谷子泛素結合酶以及油菜素內酯信號受體互作，進而增強了油菜素內酯信號的穩(wěn)定性，促進多個基因共同作用調控作物的產量和抗性。通過對1681份谷子種質資源中SGD1基因的單倍型分析及相關實驗發(fā)現，該基因的優(yōu)異單倍型，能夠顯著提高谷子單株產量及谷瘟病抗性。進一步研究表明，SGD1在水稻、小麥和玉米等禾谷類作物中具有保守的調控作物籽粒產量的功能。因此，解析和利用該基因資源，對提高禾谷類作物產量，保障國家糧食安全具有重要意義。

      

      中國工程院院士尹偉倫教授對該成果做出了高度評價。他指出，該研究為提高谷子產量提供了全新的基因資源和重要的理論依據，對整個禾谷類作物的產量提升具有普遍意義，或將成為谷子和禾谷類作物基礎研究領域的標志性成果。

      

      中國科學院錢前院士認為，該研究發(fā)揮了谷子作為新興模式作物應有的優(yōu)勢，筑起了作物基礎研究領域的新平臺，必將為保障國家糧食安全做出貢獻。

      

      中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所謝旗研究員指出該研究首次報道了作物中通過泛素化通路穩(wěn)定BR信號的分子機制，對深入認識油菜素內酯系統和泛素化系統對作物重要農藝性狀的調控關系具有重要意義。

      

      鑒于相關成果的重要性及影響力，5月31日《自然·通訊》出版社將該論文遴選為植物科學領域的近期標志性論文。

      

      作科所刁現民研究員為本文通訊作者，湯沙、趙志英和劉曉彤博士為該論文共同第一作者。中國科學院遺傳與發(fā)育研究所李云海研究員全程指導了該項研究。此外，作科所吳傳銀、葉興國、智慧、賈冠清研究員、隋毅、王珂副研究員，河北師范大學湯文強教授、中科院遺傳所農業(yè)資源研究中心趙美丞研究員均參與了該研究。本研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金雜糧專項、國家谷子高粱產業(yè)體系和中國農業(yè)科學院創(chuàng)新工程等項目的資助。