近日，我校麥類研究團隊在青稞、藜麥和小黑麥研究方面取得了一系列突破性研究成果，相關研究成果相繼在《Plant physiology and biochemistry》《BMC plant biology》《Applied Soil Ecology》《PeerJ》《Genetic resources andcrop evolution》《作物學報》等國際國內主流期刊上發(fā)表。該系列研究成果圍繞青稞、藜麥和小黑麥在生長發(fā)育、品質、抗逆、遺傳多樣性、栽培措施等面臨的問題，重點開展控制作物性狀的關鍵基因及調控元件挖掘、種質遺傳多樣性分析、營養(yǎng)高效栽培種植模式建立等工作。
刈割對青稞養(yǎng)分積累和代謝產物的影響
在作物生長發(fā)育研究方面——青稞青苗與秸稈可用于牲畜飼喂，刈割作為作物多元化利用的一種重要手段，可拓寬其飼用化利用方式。團隊成員通過前期篩選出的最適刈割期和留茬高度，開展刈割后青稞莖稈再生恢復速率、抗氧化酶活性、lncRNAs、代謝物積累和刈割后內激素響應情況開展相關研究，初次從農藝、理化、代謝和分子角度探明了青稞刈割后生長響應機制，為青稞的多元化利用和再生恢復機制的解析提供理論依據(jù)和技術支撐。相關研究結果以“Identification and Functional Analysis of Long Non-Coding RNA (lncRNA) and Metabolites Response to Mowing in Hulless Barley (Hordeum vulgare L. var. nudum Hook. f.)”“刈割對青稞恢復特性及籽粒和秸稈產量品質特性的影響”為題分別發(fā)表于《BMC plant biology》(Q1，IF="4.3)和《作物學報》。
HvANS和HvANT2調控花青素生物合成機制模式圖
在作物品質研究方面——紫粒青稞果皮中富含花青素，是營養(yǎng)功能產品和食品添加劑的理想原料，但彩色青稞中花青素的調控基因及作用機制并不明確。課題組圍繞花青素合成途徑中經典轉錄因子HvANT2和結構基因HvANS，開展其基因和蛋白表達特征分析，通過轉錄組/代謝組分析了HvANT2/HvANS影響花青素合成的轉錄/代謝調控途徑，并利用酵母單/雙雜交實驗，探究了HvANT2/HvANS調控青稞種子花青素合成的機理。相關研究結果以“Unveiling the mysteries of HvANS: a study on anthocyanin biosynthesis in qingke (hordeum vulgare L. var. Nudum hook. f.) seeds”“Investigating the regulatory role of HvANT2 in anthocyanin biosynthesis through protein–motif interaction in Qingke”為題分別發(fā)表于《BMC plant biology》(Q1，IF="4.3)和《Peer J》(Q2，IF="2.3)。
HvCNGC-HvCaM/CML-HvCRK模塊介導的調控青稞干旱脅迫響應的分子機理假設模式圖
在作物抗逆性研究方面——青稞主產地屬于干旱、半干旱氣候，近年來干旱脅迫作為生產面臨的主要逆境因子，對青稞產業(yè)生產造成嚴重的影響。針對上述生產問題，研究基于生物信息學、分子生物學和遺傳學，明確了HvGNGC3/16，HvCML32和HvCDPK2/4干旱脅迫調控功能，系統(tǒng)解析了HvCNGC-HvCaM/CML-HvCDPK模塊介導的調控青稞干旱脅迫響應的分子機理。相關研究結果以“Genome-wide identification of the CNGC gene family and negative regulation of drought tolerance by HvCNGC3 and HvCNGC16 in transgenic Arabidopsis thaliana”“The CDPK-related protein kinase HvCRK2 and HvCRK4 interact with HvCML32 to negatively regulate drought tolerance in transgenic Arabidopsis thaliana”為題發(fā)表于《Plant physiology and biochemistry》(Q1，IF="6.1)。
63份青稞主栽品種的群體結構分析
在種質遺傳多樣性研究方面——通過解析作物遺傳背景多樣性、建立DNA指紋圖譜對研究遺傳變異規(guī)律、挖掘優(yōu)異基因型和新品種培育利用具有重要意義。團隊采用國內63份青稞主栽品種和114份藜麥種質資源開展基于表型和基因型的遺傳多樣性分析，并建立了DNA鑒定指紋圖譜。相關研究結果以“Genetic diversity analysis and DNA fngerprinting of primary Qingke (Hordeum vulgare L. var. nudum Hook. f.) cultivars”“基于表型和基因型的藜麥種質資源遺傳多樣性分析”為題發(fā)表于《Genetic?resources?and?crop?evolution》(Q2，IF="1.7)和《西北農業(yè)學報》。
青稞/豌豆在不同施肥條件下單作/混作體系種植模式圖
在作物營養(yǎng)高效栽培模式方面——青稞、小黑麥作為糧飼兼做優(yōu)勢作物，研究其適宜的混作、種植、施肥模式，可在優(yōu)化耕作制度、提升耕地質量和推進綠色增產中發(fā)揮積極作用。課題組通過設置青稞、小黑麥/豌豆單作和混作體系、不同施肥水平、不同種植密度等栽培模式，揭示了“根系-土壤微環(huán)境-養(yǎng)分-產量”生態(tài)系統(tǒng)互作的生產性能和飼用品質權衡協(xié)調機理。相關研究結果以“Response of the rhizosphere soil microbial diversity to different nitrogen and phosphorus application rates in a hulless barley and pea mixed-cropping system”“施氮水平對青稞氮素吸收利用率、根系形態(tài)和產量的影響”“不同種植密度與施肥量對青稞分蘗動態(tài)及群體結構的影響”“基于15N示蹤的青稞氮素利用率和分蘗能力研究”為題發(fā)表于《Applied Soil Ecology》(Q1，IF="4.8)《麥類作物學報》《西北農業(yè)學報》和《核農學報》。
上述研究工作的開展，為后期基因編輯、單倍體、分子標記輔助選擇育種和高產高效栽培技術體系創(chuàng)新提供了技術支撐，為推動我校麥類育種和栽培技術的創(chuàng)新發(fā)展奠定了良好基礎。
供稿：農林科學院
【編輯：鄒林有 責任編輯：金萍】