近日，赤峰學(xué)院相吉山研究員科研團(tuán)隊與中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所刁現(xiàn)民研究員團(tuán)隊、德國弗萊堡大學(xué)等合作在國際植物科學(xué)經(jīng)典期刊《Journal of Experimental Botany》（IF=6.992）以封面文章形式在線發(fā)表了關(guān)于調(diào)控谷子穗部及側(cè)根發(fā)育的重要基因SiAUX1的功能最新研究成果。

該研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃“雜糧作物核心資源遺傳本底評價和深度解析”（2019YFD1000700）、國家自然科學(xué)基金項目“谷子穗發(fā)育突變體silp1的突變基因克隆及作用機(jī)理研究”（31660423）等項目的資助。

內(nèi)蒙古是谷子和旱作農(nóng)業(yè)的起源地，是我國谷子產(chǎn)業(yè)發(fā)展核心區(qū)，也是全國最大優(yōu)質(zhì)谷子生產(chǎn)基地。谷子因其植株個體小、生育期短、種子量大、繁殖系數(shù)高、易于誘變和篩選突變體、二倍體、基因組小、重復(fù)序列少、遺傳轉(zhuǎn)化平臺完善等優(yōu)勢，已成為禾本科新的模式作物，是作物抗旱機(jī)理和C4植物光合作用研究的理想植物。

圖：谷子aux1突變體表現(xiàn)出穗和根的發(fā)育異常

A:野生型豫谷1號與突變體siaux1-1的植株表型；B：豫谷1號與siaux1-1的穗型；C-D：豫谷1號與siaux1-1幼穗中部的掃描電鏡照片；E-F：豫谷1號與siaux1-1的穗基部分枝；G-H：豫谷1號與siaux1-1的根系表型；I-J：野生型與CRISPR/Cas9敲除SiAUX1基因株系的表型；K：豫谷1號、siaux1-1、siaux1-2及siaux1-1×siaux1-2雜交F?代的穗部表型

穗部性狀和根系發(fā)育都是影響禾本科作物產(chǎn)量的重要因素，有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重是構(gòu)成谷子單位面積產(chǎn)量的主要因素，這些因素的大小主要由品種的遺傳信息等內(nèi)部特性所決定，同時也受自然環(huán)境和耕作條件等外部環(huán)境的影響。深入研究影響這些性狀的相關(guān)基因，對提高谷子產(chǎn)量、指導(dǎo)育種實(shí)踐具有重要的理論指導(dǎo)意義。

研究團(tuán)隊在谷子突變體庫中鑒定到兩份稀穗突變體（siaux1-1和siaux1-2），均表現(xiàn)為穗部一級分枝密度、穗粒數(shù)、產(chǎn)量以及側(cè)根數(shù)的顯著降低。通過圖位克隆及混池測序相結(jié)合的方法，定位候選基因SiAUX1，該基因編碼一個生長素內(nèi)運(yùn)蛋白。

圖：SiAUX1的馴化選擇和單倍型分析

A：SiAUX1單倍型在谷子自然群體中的頻率分布；B：谷子和狗尾草自然群體Hap-2412GG和Hap-2412TT等位基因的表型分析

研究團(tuán)隊通過基因編輯及等位測驗等實(shí)驗，證實(shí)SiAUX1是導(dǎo)致穗部及根部表型變異的致變基因。利用iRoCs技術(shù)，明確SiAUX1基因突變會導(dǎo)致谷子根尖分生區(qū)細(xì)胞大小及細(xì)胞結(jié)構(gòu)的變化。在1000余份谷子及狗尾草種質(zhì)資源材料中開展遺傳多樣性及單倍型分析，發(fā)現(xiàn)AUX1基因所在區(qū)間受到了明顯的馴化選擇，且在啟動子區(qū)存在一個重要的單倍型，與谷子產(chǎn)量及側(cè)根數(shù)密切相關(guān)。本研究為谷子馴化及產(chǎn)量遺傳改良提供了新的基因資源。

論文鏈接：https://doi.org/10.1093/jxb/erab556