5月29日，中国农业科学院作物科学研究所特色农作物优异种质资源发掘与创新利用团队，通过谷子突变体图位克隆到谷子籽粒产量调控的关键基因 SGD1 ，并解析了其调控禾谷类作物籽粒发育的分子机制，为提高禾谷类作物产量提供了理论基础和基因资源。相关研究成果在线发表于《自然·通讯（ Nature Communications ）》上。
谷子是我国起源的特色杂粮作物，也是C4禾本科的新兴模式植物。粒重及籽粒大小是禾本科作物的重要性状，直接影响作物的最终产量。发掘主效位点和可被育种利用的关键基因，对于探索作物高产育种的遗传基础具有重要意义。
该团队利用谷子豫谷1号EMS突变体库鉴定产量相关性状的突变体，发掘到谷子籽粒产量调控的重要基因资源 SGD1 ，该基因编码一个泛素连接酶，能够通过调节植物细胞大小，影响谷子的株高、粒重和株型等多个关键农艺性状。研究表明， SGD1 编码的泛素连接酶能够与谷子泛素结合酶以及油菜素内酯信号受体互作，进而增强了油菜素内酯信号的稳定性，促进多个基因共同作用调控作物的产量和抗性。通过对1681份谷子种质资源中 SGD1 基因的单倍型分析及相关实验发现，该基因的优异单倍型，能够显著提高谷子单株产量及谷瘟病抗性。进一步研究表明， SGD1 在水稻、小麦和玉米等禾谷类作物中具有保守的调控作物籽粒产量的功能。因此，解析和利用该基因资源，对提高禾谷类作物产量，保障国家粮食安全具有重要意义。
中国工程院院士尹伟伦教授对该成果做出了高度评价。他指出，该研究为提高谷子产量提供了全新的基因资源和重要的理论依据，对整个禾谷类作物的产量提升具有普遍意义，或将成为谷子和禾谷类作物基础研究领域的标志性成果。
中国科学院钱前院士认为，该研究发挥了谷子作为新兴模式作物应有的优势，筑起了作物基础研究领域的新平台，必将为保障国家粮食安全做出贡献。
中国科学院遗传与发育生物学研究所谢旗研究员指出该研究首次报道了作物中通过泛素化通路稳定BR信号的分子机制，对深入认识油菜素内酯系统和泛素化系统对作物重要农艺性状的调控关系具有重要意义。
鉴于相关成果的重要性及影响力，5月31日，《自然·通讯》出版社将该论文遴选为植物科学领域的近期标志性论文。
作科所刁现民研究员为本文通讯作者，汤沙、赵志英和刘晓彤博士为该论文共同第一作者。中国科学院遗传与发育研究所李云海研究员全程指导了该项研究。本研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金杂粮专项、国家谷子高粱产业体系和中国农业科学院创新工程等项目的资助。
文章链接： https://www.nature.com/articles/s41467-023-38812-y
日期：2023-06-05
