近日，中國農業科學院作物科學研究所特色農作物優異種質資源發掘與創新利用創新團隊聯合國內多家單位，在谷子中鑒定出了決定谷子光周期響應的關鍵調節因子SiPHYC，為解析植物光周期響應遺傳機制提出了新見解，也為今后C4模式作物高效研究體系的建立提供了優異種質資源。相關研究成果發表在《新植物學家（New Phytologist）》上。
谷子室內快速加代及模式化研究體系（幼穗、小花、植株的形態）
(資料圖)
植物在長期進化過程中通過適應四季變化，在適當時間開花完成世代繁衍。由于四季變化造成日照長度（即光周期）不同，在大于臨界日長才能夠開花的植物稱為長日植物，如擬南芥、二穗短柄草、小麥、大麥等植物；小于臨界日長才能夠開花的植物稱為短日植物，包括水稻、玉米、大豆、高粱、谷子等植物。
長日植物在長光周期環境下開花比短光周期環境下開花提前，短日植物則恰恰相反。長期以來，植物對不同光周期響應的遺傳調控機制仍然不清楚，決定植物長日或短日屬性的關鍵調控因子至今尚未明確。
光敏色素作為光受體可以感受光信號，參與了光周期對植物的開花（抽穗期）調控。為了解析植物對光周期響應的遺傳機制，該研究利用群體遺傳學等研究方法，發現了SiphyC在谷子馴化過程中受到了選擇，進而通過對特定不同遺傳背景谷子種質資源開展早熟性谷子突變體的篩選，得到4個不同遺傳背景的SiphyC等位突變體。這些突變體均表現為極早抽穗，同時伴隨著分蘗增多、株高降低等表型。
谷子作為短日植物，抽穗期表現為長日抑制，短日促進；但SiphyC突變體的抽穗期表現為長日促進，短日抑制，呈現完全相反的表型，說明SiPHYC的突變會使谷子具有長日植物屬性。該研究結果表明，短日植物谷子的光周期響應受到SiPHYC直接調控，這一發現豐富了我們對光敏色素基因功能方面的科學認識。
此外，研究人員利用谷子SiphyC突變體具備的早熟效應，以及可以快速加代的特性，構建了與之匹配的高效室內種植體系，結果表明SiphyC突變體的種植密度較野生型可以提高4倍之多，并且可以實現種子到種子生命周期在45天之內完成，這進一步完善了谷子功能基因鑒定及高效研究技術體系平臺，為促進谷子作為模式植物研究體系的發展，推動禾谷類作物C4、抗逆及品質等基因的鑒定研究奠定了基礎。
該研究得到國家重點研發計劃、國家自然基金、國家谷子高粱產業技術體系和中國農業科學院科技創新工程項目的支持。
學術支持
中國農業科學院作物科學研究所
制作
光明網科普事業部
記者
宋雅娟
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