【科研论文科普解读】

  极端天气频发，给农业生产带来持续考验。在我国北方旱作农业区，作为传统稳产作物的谷子，正面临着新的生存挑战。以往耐旱耐瘠、适配干旱气候的谷子，如今在雨带北移、暴雨大风增多的气候变局中，倒伏减产问题愈发突出，成为制约产业发展的关键痛点。

  近日，山西农业大学姜亮研究员团队联合崖州湾国家实验室取得突破性科研成果，成功解锁谷子抗倒伏的基因密码，通过跨界借鉴水稻优良基因资源，重塑谷子株型、破解生产难题，为古老旱地作物开启新一轮“绿色革命”，相关研究成果刊发于国际权威期刊《Advanced Science》。

  气候变局下遇困境，谷子产业亟待破局

  谷子是根植我国北方千年的特色杂粮，也是黄土高原、华北、东北旱作区的“当家作物”。千百年来，谷子凭借极强的耐旱、耐贫瘠特性，适配北方干旱少雨的气候特征，稳产性突出，是保障区域粮食安全、丰富膳食结构的重要作物。但近年来，全球气候变暖引发气象格局巨变，我国主汛期雨带持续北移，北方旱作区暴雨、大风等极端天气频次显著增加，彻底打破了谷子生长的传统气候平衡。

  长期自然演化形成的高秆株型，让谷子天生存在“头重脚轻”的短板。风调雨顺的年份，高秆谷子长势旺盛、结实饱满，可一旦遭遇暴雨大风天气，极易大面积倒伏。谷子倒伏后，不仅会大幅降低光合作用效率、造成籽粒干瘪减产，还会彻底适配不了机械化收割作业，大幅增加采收成本，严重制约谷子规模化、产业化发展。

  在农业现代化发展背景下，谷子种植逐步走向高密度、机械化模式，传统高秆品种的倒伏缺陷被进一步放大。选育矮秆抗倒、高产优质、适配机械化的谷子新品种，破解气候适配难题，成为当下谷子产业高质量发展的迫切需求。立足生产实际，依托山西丰富的谷子种质资源，科研团队聚焦抗倒伏核心性状，开启了精准育种攻坚。

  一因多效破痛点，基因调控重塑理想株型

  优良种质资源是育种创新的核心基石。科研团队在极端暴风雨天气种质筛选中，发现了表现优异的sidt1谷子材料，它的株高比常规品种矮了近三分之一，茎秆粗壮，分蘖数却翻了一倍多，为育种突破找到了关键突破口。

  田间数据显示，极端天气下普通谷子品种倒伏率居高不下，而sidt1材料倒伏率仅3%，抗逆优势十分显著。同时，该种质分蘖数是野生型的2.2倍，株型紧凑规整，完美契合现代农业种植需求。

  为探明其抗倒伏机制，团队通过图位克隆、基因编辑、激素测定、体外酶活分析等一系列精准实验，完整解锁了SiDT1基因的调控奥秘。研究证实，SiDT1基因可通过双重调控机制实现“一因多效”：一方面抑制赤霉素合成，有效缩短谷子秆高、弱化植株徒长问题，从根源解决“头重脚轻”的倒伏隐患；另一方面间接调控独脚金内酯信号通路，有效促进植株分蘖，增加有效穗数。

  这一独特的基因调控模式，让新品种谷子实现了株型的完美重塑。高密度种植试验证明，在45—60株/平方米的标准化种植密度下，改良后的谷子亩产与传统高秆主栽品种持平，且小米蛋白、氨基酸、淀粉等核心品质指标无明显差异，真正实现了抗倒伏、不减产、保品质的三重突破。

  同时，紧凑矮化的株型还可适配联合收割机作业，有望解决谷子机械化采收的行业痛点。此外，团队通过基因编辑技术创制多个SiDT1等位基因，培育出有效穗数更多的优质新种质，为谷子良种迭代升级提供了丰富素材。

  从“小薇”到谷子，一次跨越物种的创新接力

  此次谷子育种突破的一大亮点，是实现了禾本科作物的跨物种技术跨界应用。研究发现，调控谷子株型的SiDT1基因，与培育迷你高产水稻“小薇”的核心株型调控基因为同源基因。

  这意味着我国科研团队成功将水稻育种的成熟优质基因资源，精准迁移应用到谷子育种中，实现了禾本科作物育种技术的互通复用，延续了我国在模式植物基因育种领域的创新优势。

  从水稻“小薇”到抗倒伏谷子，不仅是单一作物品种的改良突破，更是我国植物功能基因组学与生物育种自主创新能力的有力印证。相较于传统育种周期长、盲目性强的短板，基因精准调控育种技术靶向性强、效率更高，能够精准破解作物生产痛点，为杂粮作物现代化育种提供了全新思路与技术范式。

  山西农业大学农学院吕建珍研究员为本论文的第一作者，程金金博士、胡振副研究员为论文共同第一作者。姜亮研究员、孔照胜教授以及崖州湾国家实验室钱前院士为论文的共同通讯作者。研究得到了中国科学院遗传与发育生物学研究所植物激素平台的大力支持。该研究获得国家自然科学基金、山西农业大学高层次人才专项等项目的资助。（光明网记者宋雅娟）