沙蓬（俗稱沙米，Agriophyllum　squarrosum）是一種廣泛分布于溫帶沙漠流動沙丘上的一年生草本植物，逆境適應性強，其種子營養(yǎng)價值均衡全面，可作為未來作物開發(fā)利用。中國科學院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院趙鵬善課題組在沙蓬種質資源評價方面取得了一系列進展，為沙蓬遺傳馴化和種質創(chuàng)新提供了新材料和新方法。

課題組報道了沙蓬偶發(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用，并從化學誘變突變體庫中篩選出多個子葉數(shù)目變異突變體，為理解子葉數(shù)量的遺傳控制基礎奠定了材料基礎。

課題組在化學誘變突變體庫中篩選獲得一株表皮毛減少的沙蓬突變體，結合測序定位和圖位克隆，準確克隆了目的基因，通過篩選等位突變體，驗證了基因克隆結果，并獲得了一項國家發(fā)明專利授權。該研究成功建立了沙蓬突變基因克隆技術體系，證實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)育階段及其標志性發(fā)育事件的確認是開展遺傳學研究、建立表型變異和遺傳控制基因之間因果關系的重要前提條件?；趪HBBCH編碼系統(tǒng)，課題組定義了9個沙蓬生長發(fā)育階段，涵蓋了整個生活史，明確了標志性發(fā)育事件，建立了沙蓬BBCH編碼系統(tǒng)。通過大田實驗，驗證了該編碼系統(tǒng)的可行性，量化了各個主要階段及其次級細分階段的時間持續(xù)范圍，為開展沙蓬種質資源評價、分子遺傳學研究和遺傳馴化建立了生長發(fā)育時期轉換的表型參考標準。

下胚軸的可塑性伸長是沙蓬應對風蝕沙埋保障出苗的關鍵適應性狀。課題組評估了6個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。該研究為進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，闡述了沙蓬適應流動沙丘的生理生態(tài)機制，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。

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基金項目、甘肅省重大專項、中國科學院西部之光交叉團隊項目和中國科學院青年創(chuàng)新促進會優(yōu)秀會員項目的資助。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）的關注和報道。

成果列表：

1．　Ran，R．，Li，X．，Sun，H．　et　al．　Tricotyledony　in　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）．　Genet　Resour　Crop　Evol　71，529–537?。?024）．　https：／／doi．org／10.1007／s10722－023－01712－7

2．　Ran，R．，Chen，G．，＆　Zhao，P．?。?024）．　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）流動沙丘先鋒植物沙蓬　種子庫和萌發(fā)特性綜述　草業(yè)科學．　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)主要階段時間持續(xù)范圍

圖4??沙蓬采樣點的地理分布和當?shù)貧夂驐l件以及選育株系的起源地

圖5??流動沙丘沙蓬種子庫分布形式（虛線為　20　cm　沙埋深度）?