科研進(jìn)展
沙蓬生理生態(tài)與遺傳馴化研究獲得新進(jìn)展
沙蓬（俗稱沙米，Agriophyllum squarrosum）是一種廣泛分布于溫帶沙漠流動(dòng)沙丘上的一年生草本植物，逆境適應(yīng)性強(qiáng)，其種子營養(yǎng)價(jià)值均衡全面，可作為未來作物開發(fā)利用。中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院趙鵬善課題組在沙蓬種質(zhì)資源評價(jià)方面取得了一系列進(jìn)展，為沙蓬遺傳馴化和種質(zhì)創(chuàng)新提供了新材料和新方法。
課題組報(bào)道了沙蓬偶發(fā)性三子葉現(xiàn)象，探討了雙子葉植物中偶發(fā)性三子葉的可能影響因素和育種應(yīng)用，并從化學(xué)誘變突變體庫中篩選出多個(gè)子葉數(shù)目變異突變體，為理解子葉數(shù)量的遺傳控制基礎(chǔ)奠定了材料基礎(chǔ)。
課題組在化學(xué)誘變突變體庫中篩選獲得一株表皮毛減少的沙蓬突變體，結(jié)合測序定位和圖位克隆，準(zhǔn)確克隆了目的基因，通過篩選等位突變體，驗(yàn)證了基因克隆結(jié)果，并獲得了一項(xiàng)國家發(fā)明專利授權(quán)。該研究成功建立了沙蓬突變基因克隆技術(shù)體系，證實(shí)了利用人工誘變快速削弱沙蓬野生性狀、選育沙蓬單一馴化性狀品系的可行性。
生長發(fā)育階段及其標(biāo)志性發(fā)育事件的確認(rèn)是開展遺傳學(xué)研究、建立表型變異和遺傳控制基因之間因果關(guān)系的重要前提條件。基于國際BBCH編碼系統(tǒng)，課題組定義了9個(gè)沙蓬生長發(fā)育階段，涵蓋了整個(gè)生活史，明確了標(biāo)志性發(fā)育事件，建立了沙蓬BBCH編碼系統(tǒng)。通過大田實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了該編碼系統(tǒng)的可行性，量化了各個(gè)主要階段及其次級細(xì)分階段的時(shí)間持續(xù)范圍，為開展沙蓬種質(zhì)資源評價(jià)、分子遺傳學(xué)研究和遺傳馴化建立了生長發(fā)育時(shí)期轉(zhuǎn)換的表型參考標(biāo)準(zhǔn)。
下胚軸的可塑性伸長是沙蓬應(yīng)對風(fēng)蝕沙埋保障出苗的關(guān)鍵適應(yīng)性狀。課題組評估了6個(gè)人工選育沙蓬株系的出苗特征，基于偏最小二乘法模型，分析了來源地溫度和降水、千粒重、種子萌發(fā)和出苗模式對沙蓬選育株系下胚軸長度變異的作用效應(yīng)。該研究為進(jìn)一步理解相同遺傳背景下的表型不穩(wěn)定性提供了重要遺傳材料。
通過對沙蓬的先鋒植物屬性進(jìn)行系統(tǒng)梳理，課題組分析了沙蓬野生種子的萌發(fā)特性，明確了沙蓬種子存在不同程度的生理性休眠，闡述了沙蓬適應(yīng)流動(dòng)沙丘的生理生態(tài)機(jī)制，為開展沙蓬遺傳馴化和選育栽培適宜品系奠定了理論基礎(chǔ)。
以上研究成果第一作者分別為西北研究院博士研究生冉瑞蘭、碩士研究生劉雨潔，通訊作者為趙鵬善研究員和崔曉云副研究員。特別感謝國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、甘肅省重大專項(xiàng)、中國科學(xué)院西部之光交叉團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目和中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會優(yōu)秀會員項(xiàng)目的資助。此外，偶發(fā)性三子葉的工作在線發(fā)表后得到了中國科學(xué)院（https：／／english．cas．cn／newsroom／research＿news／life／202309／t20230926＿377486．shtml＃）、澳大利亞Mirage．News（https：／／www．miragenews．com／ sand－rice－tricotyledony－genetic－and－1093529／）以及世界科技新聞門戶網(wǎng)站phys．org（https：／／phys．org／news／2023－09－reveal－genetic－evolutionary－characteristics－tricotyledony．html）的關(guān)注和報(bào)道。
成果列表：
1． Ran，R．，Li，X．，Sun，H． et al． Tricotyledony in sand rice （Agriophyllum squarrosum）． Genet Resour Crop Evol 71，529–537?。?024）． https：／／doi．org／10.1007／s10722－023－01712－7
2． Ran，R．，Chen，G．，＆ Zhao，P． （2024）． A BBCH－scale code for the phenology of sand rice?。?em data-index="9" style="font-family: arial, helvetica, sans-serif; font-size: 16px; margin-top: 12px; margin-bottom: 12px; line-height: 1.5em;">Agriophyllum squarrosum?。↙．） Moq．）． Annals of Applied Biology，1–10． https：／／doi．org／10.1111／aab．12924
3． 趙鵬善，陳國雄，冉瑞蘭，等．一種表皮毛減少的沙蓬的磷酸酶突變蛋白及其應(yīng)用［P］．甘肅?。篊N202310031974.5，2024－05－14．
4． Liu，Y．，Cui，X．，Li，X．，Ran，R．，Chen，G．，＆ Zhao，P． （2024）． Phenotypic variation in hypocotyl elongation among elite sand rice?。?em data-index="9" style="font-family: arial, helvetica, sans-serif; font-size: 16px; margin-top: 12px; margin-bottom: 12px; line-height: 1.5em;">Agriophyllum squarrosum） lines． Ecology and Evolution，14，e70051． 10.1002／ece3.70051
5． 劉雨潔，孫紅，李曉鳳，冉瑞蘭，陳國雄，趙鵬善．（2024）流動(dòng)沙丘先鋒植物沙蓬 種子庫和萌發(fā)特性綜述 草業(yè)科學(xué)． https：／／link．cnki．net／urlid／62.1069．S．20240530.1041.002
圖1??沙蓬、藜麥、菠菜偶發(fā)三子葉形態(tài)
圖2??沙蓬野生型SPT與表皮毛減少突變體astcl1
圖3??2023年皋蘭站沙蓬生長季溫度變化及沙蓬BBCH編碼系統(tǒng)主要階段時(shí)間持續(xù)范圍
圖4??沙蓬采樣點(diǎn)的地理分布和當(dāng)?shù)貧夂驐l件以及選育株系的起源地
圖5??流動(dòng)沙丘沙蓬種子庫分布形式（虛線為 20 cm 沙埋深度）?
