谷子是我国起源的重要杂粮作物，具有耐旱、耐瘠薄以及C4高光效的特点。同时，由于谷子自身的生物学及遗传学特征，包括自交作物、繁殖系数高（穗粒数平均可达粒）、生育期较短、易于栽培管理、二倍体、基因组小（约MB）、遗传转化效率高等，谷子已经成为受到国际学术界认可的C4模式作物。
穗部性状和根系发育都是影响禾本科作物产量的重要因素，有效穗数、穗粒数和千粒重是构成谷子单位面积产量的主要因素，这些因素的大小主要由品种的遗传信息等内部特性所决定，同时也受自然环境和耕作条件等外部环境的影响。深入研究影响这些性状的相关基因，对提高谷子产量、指导育种实践具有重要的理论指导意义。
近日，中国农业科学院作物科学研究所、德国弗莱堡大学和赤峰学院等单位研究者联合在国际植物科学经典期刊JournalofExperimentalBotany（IF=6.）以封面文章形式在线发表了关于调控谷子穗部及侧根发育的重要基因SiAUX1的功能研究。
研究人员在谷子突变体库中鉴定到两份稀穗突变体（siaux1-1和siaux1-2），这两份突变体均表现为穗部一级分枝密度、穗粒数以及侧根数的显著降低（图1A-H）。研究人员通过图位克隆及混池测序相结合的方法，定位了候选基因SiAUX1，该基因编码一个生长素内运蛋白（auxininfluxtransporter）。CRISPR基因编辑（图1I-J）及F1等位测验（图1K）实验均证实SiAUX1是导致穗部及根部表型变异的致变基因。通过iRoCs技术，研究者对谷子根尖不同细胞层进行了量化分析，结果表明，AUX1基因突变会导致谷子根尖分生区细胞大小及细胞结构的变化。有趣的是，谷子野生型植株根尖包含6根维管束，而aux1突变体中根尖维管束数量仅有5根（图2A）。在一千余份谷子及狗尾草种质资源材料中对AUX1基因开展了核酸多样性及单倍型分析，结果表明，该基因所在区间受到了明显的驯化选择（图2B），且在启动子区存在一个重要的单倍型，与谷子产量及侧根数密切相关（图2C）。本研究为谷子驯化及产量遗传改良提供了新的基因资源。中国农业科学院作物科学研究所刁现民研究员、德国弗莱堡大学生长素研究著名学者KlausPalme以及WilliamTeale为本论文共同通讯作者。中国农业科学院作物科学研究所汤沙副研究员、赤峰学院相吉山博士为论文共同第一作者。该研究得到了“杂粮作物核心资源遗传本底评价和深度解析”国家重点研发计划（YFD）、国家自然科学基金等项目的资助。
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