短柄草-單子葉模式植物屬種

2021-02-19 小麥研究聯盟

      昨天,即將在成都召開的小麥會議發布了日程安排。看到安排,胖丫突然大喊:「有些我們早就『劇透』了啊?」我一愣,「什麼劇透?」 仔細一看題目,發現有些報告的研究或多或少在公眾號有所提及和推送。這裡非常非常感謝各位老師和同學對我們的支持,我們會繼續努力將它辦好,爭取將這次會議的一些poster和部分摘要放到我們推送中提供給未參會的夥伴們一起學習。

       今天給大家簡單介紹一下短柄草。近期《The Plant Cell》期刊發表了題為「Brachypodium: A Monocot Grass Model Genus for Plant Biology」的綜述。

       短柄草屬作為科學研究的一個模式體系,大大提升了我們植物生物學的認知。其中二穗短柄草(Brachypodium distachyum)的研究最廣泛。二穗短柄草是一種廣泛生長於溫帶地區的一年生草本植物, 種質資源豐富,原產地分布於北非、南歐和中亞一帶,屬於禾本科 (Poaceae) 早熟禾亞科 (Pooideae) 短柄草屬(Brachypodium P. Beauv. 2n=2x=10, x=5)。 二穗短柄草有多個亞種,分別為二倍體、四倍體和六倍體。 2010年,二穗短柄草自交系 Bd-21率先完成全基因組測序(Genome sequencing and analysis of the model grass Brachypodium distachyon. Nature),Bd-21屬於二倍體,基因組大小約為 272M, 是首個完成全基因組測序的禾本科早熟禾亞科物種。 二穗短柄草作為禾穀類作物的模式植物用於研究具有各方面的天然優勢。

首先,二穗短柄草與普通小麥 (Triticum aestivum)、大麥(Hordeum vulgare)、燕麥(Avena sativa)等麥類作物同屬於早熟禾亞科,其形態、生理特性及基因組等特點都十分相似。

其次,二穗短柄草株型小、易培植,成熟植株高度與擬南芥相似,高約 20 cm,幾乎與擬南芥相同,葉片呈披針狀,適合在較小的空間大量種植。為一年生植物,生長周期短,在長日照條件下,約兩個月即可收穫,一年可以繁殖 4-5 代。生長條件簡單,生命力很強,既可以基質培養,也可以進行水培,株型小,易在溫室進行高密度種植,節約空間。

再次, 二穗短柄草的花葯和柱頭被內稃和外稃緊緊包裹,天然狀態下為自花授粉,不僅可有效避免不同基因型之間的汙染問題,而且易形成自交系與近交系;穗子短柄,穗形呈紡錘型,與大麥、牧草植物相似,正常生長條件下,每穗大約能收穫 10-12 粒種子,整株可收穫 80-200 粒;每個小花有 1 枚雌蕊與 3 枚雄蕊;果實長而狹窄;成熟後需要一個月左右的後熟過程,才能正常萌發;春化時間短,幼苗經過 2 周左右低溫(4-10℃)處理就可以完成春化作用。

       基於二穗短柄草的這些特點,2001 年 Draper 等首次建議將二穗短柄草作為草類作物功能基因組學研究的模式植物。

     文中分別從短柄草的來源、形成、類型、進化、形態學、基因組學、熱點研究以及展望等方面詳細對短柄草進行了闡述。有對這方面感興趣的夥伴可以了解下,如果群裡有專門做短柄草研究的夥伴非常歡迎投稿詳細介紹有關短柄草方面的研究進展。

圖一 18種短柄草屬在世界各地的分布

圖二 短柄草生活周期及繁殖



圖三 短柄草專化體系 

圖四 不同的二穗短柄草突變體類型



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