芒草|高清解码“多面手”芒草( 二 )
课题组进一步推断出3个物种的具体进化关系和时间 。芒草、甘蔗祖先种与高粱祖先种在约610万至550万年前发生分化，而后芒草祖先种与甘蔗祖先种又在约460万至430万年前发生分化 。
一方面，芒属植物在随后的400万年间发生了基因组多倍化和染色体重排 。其中，“我们发现，五节芒的8号染色体是由高粱祖先种4号和7号染色体融合而来的，并找到了新融合染色体的着丝粒位置 。”张国斌说，这解释了芒属植物基因组经过一次加倍之后为什么是19条染色体，而不是20条染色体 。
另一方面，甘蔗属植物维持其基本染色体条数为10的状态长达300万年左右，随后经过一次染色体重排 。大约100万年前，甘蔗祖先种连续经过两次全基因组加倍，辅以轻微的染色体重排，成为今天的甘蔗野生种 。
基因资源“多面手”
有专家认为，除了作为能源植物，芒草的高抗性还有可能给同为禾本科的粮食作物如水稻和小麦等，带来丰富的基因资源 。五节芒就好像一个基因资源的“多面手” 。
“我们鉴定了高粱、甘蔗和五节芒中纤维素合酶CesA/Csl家族基因 。”陈翠霞说，芒草作为能源植物，人们利用的主要是其木质纤维素，因此研究纤维素合酶非常必要 。
通过比较不同生长期的五节芒，他们发现，正在伸长的茎秆组织中纤维素合酶表达水平很高 。而与芒属植物所有基因的表达量相比，大部分CesA和部分Csl基因表达水平最高，这与芒属植物极高的纤维素或半纤维素含量相吻合 。
长期以来，陈翠霞课题组搜集了芒、荻、南荻、五节芒等国内多个芒属代表性物种及巨芒等国外杂交种共75个种质资源，对它们进行二代全基因组重测序后发现，芒属植物之间存在着广泛的种间杂交 。
“芒草和甘蔗可以杂交成功 。”陈翠霞说，因为芒草是自交不亲和的，所以芒草属内可以实现种间杂交，甚至可以和亲缘关系近的作物发生跨属杂交 。这为通过杂交培育出更优异的芒属、高粱属或甘蔗属植物品种提供了理论支持 。
陈翠霞解释说，与芒草同属甘蔗亚族的高粱是国际上重要的粮食作物，甘蔗是重要的经济作物，芒草能与之杂交，就意味着其抗病、抗旱、抗涝、耐盐碱、耐贫瘠的特性很有可能成为高粱和甘蔗育种的基因资源，甚至有可能为水稻、小麦等同科粮食作物提供借鉴 。
目前，他们在黄河三角洲盐碱地已开展了近8年的种植试验，共种植20多亩芒草试验材料，适应性良好，表现出优异的耐盐性 。“这对于盐碱地的脆弱生态恢复、土壤改良和开发利用，乃至粮食安全和生态安全意义深远 。”陈翠霞说 。李晨
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