近日，赤峰学院相吉山研究员科研团队与中国农业科学院作物科学研究所刁现民研究员团队、德国弗莱堡大学等合作在国际植物科学经典期刊《Journal of Experimental Botany》（IF=6.992）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的功能最新研究成果。

该研究得到了国家重点研发计划“杂粮作物核心资源遗传本底评价和深度解析”（2019YFD1000700）、国家自然科学基金项目“谷子穗发育突变体silp1的突变基因克隆及作用机理研究”（31660423）等项目的资助。

内蒙古是谷子和旱作农业的起源地，是我国谷子产业发展核心区，也是全国最大优质谷子生产基地。谷子因其植株个体小、生育期短、种子量大、繁殖系数高、易于诱变和筛选突变体、二倍体、基因组小、重复序列少、遗传转化平台完善等优势，已成为禾本科新的模式作物，是作物抗旱机理和C4植物光合作用研究的理想植物。

图：谷子aux1突变体表现出穗和根的发育异常

A:野生型豫谷1号与突变体siaux1-1的植株表型；B：豫谷1号与siaux1-1的穗型；C-D：豫谷1号与siaux1-1幼穗中部的扫描电镜照片；E-F：豫谷1号与siaux1-1的穗基部分枝；G-H：豫谷1号与siaux1-1的根系表型；I-J：野生型与CRISPR/Cas9敲除SiAUX1基因株系的表型；K：豫谷1号、siaux1-1、siaux1-2及siaux1-1×siaux1-2杂交F₁代的穗部表型

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。

研究团队在谷子突变体库中鉴定到两份稀穗突变体（siaux1-1和siaux1-2），均表现为穗部一级分枝密度、穗粒数、产量以及侧根数的显著降低。通过图位克隆及混池测序相结合的方法，定位候选基因SiAUX1，该基因编码一个生长素内运蛋白。

图：SiAUX1的驯化选择和单倍型分析

A：SiAUX1单倍型在谷子自然群体中的频率分布；B：谷子和狗尾草自然群体Hap-2412GG和Hap-2412TT等位基因的表型分析

研究团队通过基因编辑及等位测验等实验，证实SiAUX1是导致穗部及根部表型变异的致变基因。利用iRoCs技术，明确SiAUX1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。在1000余份谷子及狗尾草种质资源材料中开展遗传多样性及单倍型分析，发现AUX1基因所在区间受到了明显的驯化选择，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。本研究为谷子驯化及产量遗传改良提供了新的基因资源。

论文链接：https://doi.org/10.1093/jxb/erab556