转基因小米有哪些特点（华大试解小米产量谜题）

小米和谷子最大的区别，可能在于搜索资料时如果不把“谷子”带上，网页显示的结果都是数码产品。谷子，也就是粟米、小米。除了大家熟知的营养价值高、深受北方人喜爱外，谷子也是起源于我国的最古老的作物之一，被誉为中华民族的哺育作物。

而在科学家眼里，谷子的性状复杂，决定其产量的关键性基因位点至今尚未被找到。因此，深入理解影响谷子的遗传和环境因素，对提升其品质和产量而言尤为重要。

10月7日，由华大主导，联合中科院植物分子科学卓越创新中心在国际学术期刊《自然·通讯》（Nature Communications）发表研究论文，该研究通过关联分析，揭示了谷子基因型、根系微生物组与农艺性状之间的互作网络，首次提出基因型依赖的微生物效应。研究结果有助于定向改善植物对环境的适应性及其生产力，为生物育种及增产提供新途径。

Nature Communications官网截图

植物与微生物之间的关系，有点类似于人与肠道微生物的关系。正如每个人体内的微生物是不一样的，不同品种、同一品种不同品系的植物，其根系的微生物类群也是不一样的。其中，对植物有益的微生物，能够帮助抵御干旱、病害等环境胁迫，促进植物健康生长。

既然目前尚未找到决定谷子产量的基因位点，那么，对于产量问题我们能否从其它因素入手解决？譬如，确定不同谷子的基因型对产量能起到多大的作用？能够影响谷子产量的微生物是哪些？两者是分别作用，还是互相影响谷子产量？

为探究谷子与微生物组之间的互作机理，本次研究团队选取827种不同品种的谷子，基于每种谷子的基因型数据、根表微生物数据、12种生长和产量表型数据，整合全基因组关联分析、宏基因组关联分析和微生物组全基因组关联分析方法进行系列研究。

本次研究团队在同一环境中种植了827种谷子，分别研究谷子基因型对谷子生长和产量的影响、微生物对谷子生长和产量的影响，以及两者共同对谷子生长和产量的影响。

通过构建数学模型，研究团队量化了谷子基因型与根表微生物组成对谷子生长和产量变化的影响。例如，谷子基因型可以解释产量性状（如单株粒重）34.10%的变化，微生物可以解释43.31%的变化，基因型和微生物一起平均可以解释55.87%的变化。

研究发现，基因型与根表微生物的组合能够更好地解释谷子农艺表型的变化，揭示了谷子基因型与微生物组共同影响谷子的生长和产量性状。

明确了基因型和微生物能够影响谷子的生长和产量之后，研究团队鉴定出200多种微生物，这些微生物与谷子的关键农艺性状显著相关，有的对谷子生长起显著促进作用，有的则起抑制作用。

为验证每种微生物的具体功能，研究团队通过田间分离微生物菌株，证实了微生物标志物介导的促生和抑制生长的效应，且不同微生物标志物促生长的机理具有菌株特异性，也就是说，在促生长的微生物中，有的负责促进谷子的株高，有的负责促进根的生长，有的是通过促进植物的光合作用，有的则是促进植物的营养吸收，还有的则是促进植物的免疫能力，每一种促进生长的微生物，其调控机理是不同的。

正相关的标记微生物可显著促进谷子的根长和株高

既然揭晓了关键微生物和它们的作用，研究团队结合谷子基因型数据进行分析，找到了调控谷子根系微生物类群的一些候选基因，发现根表微生物组成的变化主要由植物免疫、代谢产物合成、激素信号传导以及养分吸收相关的基因来驱动。

正如每个人的饮食偏好不尽相同，每种谷子对于微生物的选择也各有喜爱。研究揭示，尽管谷子有两个基因（宿主免疫相关的基因FLS2和转录因子bHLH35）可能参与了大部分微生物的调控，但不同基因型的谷子依然会选择特定的微生物类群进行互作。

植物相关微生物群落的构建并不是随机的，而是受到植物基因型的影响，但其潜在的互作机制我们仍不清楚。谷子是否通过基因型调控微生物，但又被微生物影响了生长呢？

本研究建立了“谷子基因型－标记微生物群－谷子农艺表型”的互作网络，证实了微生物介导的促生和抑制生长的效应受到宿主基因型的影响，即相同促生菌株，接种到不同基因型的谷子，其促进生长的效果有着明显的差异，表明谷子基因型决定了微生物对作物表型的影响。

谷子基因型-标记微生物-谷子农艺性状之间的互作网络

探究植物与微生物组之间的互作机理，有助于深入理解根系微生物群落构建的生态过程，通过调节与植物基因型相关的微生物组成，可定向改善植物对环境的适应性和生产力。在未来的农业系统中，可通过精准的微生物组管理设计高产的栽培品种，向着改善植物－根系微生态互作的方向育种，将更加高效地促进农作物产量的提升。

华大的小米情结由来已久，从《老汪的小米餐桌》一书可以窥见一斑，而将其作为模式植物进行研究，则是从2009年开始的。通过大规模的谷子基因资源挖掘，华大已陆续完成谷子基因组测序、分子标记开发、遗传图谱构建以及重要农艺性状的定位。此外，基于全基因组育种技术，已育成多个抗除草剂品种和不育系。

本次研究项目的主要负责人王亚玉表示：“接下来，我们将进一步孵化完善精准种植模式，把DNA层面的精准育种和微生物生态肥料、水肥一体化、全程田间管理、精准播种等现代种植技术相结合，建设标准化种植的示范区，促使作物生产最大化。”