推进高粱科学：农业未来的抗旱作物

在最近的一系列三项研究中，由CRAG的CSIC研究员Ana I.Caño-Delgado领导的一个团队在理解分子机制和改善高粱育种方面取得了重大进展，高粱是世界上第五大种植谷物，在干旱和半干旱地区尤为重要。这种谷物的重要性在于它在人类和动物营养的未来中的作用，为面临水资源短缺的地区提供了一种可持续的替代品

高粱因其多种营养价值和对恶劣气候条件的抵抗力，在世界许多地区，包括非洲以外的地区，越来越被视为主食。高粱在非洲已经种植了几个世纪。在欧洲，高粱种植正在增加，并被推广为轮作的替代品，特别是在容易缺水的地区

欧盟正在积极推广高粱种植，将其作为一种具有气候适应性的作物，在过去十年中，高粱总产量增长了57%。法国尤其处于这一趋势的前沿，去年有103000公顷的土地用于种植高粱。与此同时，西班牙是欧洲高粱的主要进口国，主要用于动物饲料，但未来有望用于人类食品

2020年，西班牙进口了15.8万吨，因此增加其在该地区的种植可以减少对进口的依赖。作为参考，西班牙在过去六个月进口了30.3万吨大麦，使其成为第三大进口作物

CRAG的科学贡献

CRAG的研究工作处于推进高粱科学的前沿，专注于进一步提高其对胁迫条件的适应性，并加强其在未来育种过程中的实验室处理。在过去的20年里，由Ana I.Caño-Delgado领导的研究小组一直致力于研究这种谷物，并获得了大量资助，包括欧洲研究理事会（ERC）的ERC PoC。在过去的六个月里，该小组发表了三篇对该行业具有重要意义的科学文章

在发表在《植物生物技术杂志》上的这三项研究中的第一项中，研究小组发现，高粱双色油菜素内酯受体SbBRI1蛋白的突变通过改变苯丙烷代谢来赋予抗旱性。这一发现突显了高粱抗旱性增强的分子机制，这是气候适应性农业的关键特征

发表在《植物杂志》上的第二项工作详细介绍了高粱生物技术的一项重大进展：一种使用三元载体系统结合形态发生调节剂的高效高粱转化方法。以前的工具和方法对于研究某些高粱品种不够有效，给科学家和育种者带来了重大挑战。这一新方案通过允许使用根癌农杆菌进行高效转化来解决这一问题，并使基因编辑等新育种技术的应用能够加速作物改良

这项技术为创建和研究感兴趣的突变体提供了一种有用的工具，在抗性高粱（对遗传转化具有抗性的品种）的转化中具有非常高的效率，转化效率提高了两倍

两项研究的主要作者Juan B.Fontanet-Manzaneque强调了这些突破在高粱栽培中的重要性：“我们的目标是不仅为高粱群落提供尖端的分子工具来加速高粱育种，而且为开发抗旱作物提供一些关键的靶基因。”

发表在《新植物学家》杂志上的第三项研究描述了SbBRI1在根发育中的作用，特别是在分生组织区域，将BRI1与细胞壁代谢联系起来，并证明高粱SbBRI2蛋白在植物生长和发育中起着功能保守的作用。根系发育对植物的整体生长和健康至关重要，并在植物如何应对环境压力方面发挥作用

该研究的第一作者Andrés Rico Medina强调了所实施的技术：“我们调整了拟南芥等模型植物中使用的染色和成像协议，使其可用于高粱研究。”

他还指出，“这种调整有助于弥合基于实验室的干旱研究与更农业背景之间的差距，从而促进这些科学进步的实际应用。”。注册我们的免费时事通讯，每天或每周获取重要突破、创新和研究的最新进展

高粱因其对高温和干旱的耐受性，尤其是与玉米相比，越来越被视为适应气候变化的关键作物，玉米是欧洲种植最广泛的谷物，极易受到水分胁迫的影响。研究表明，由于气候变化，高粱在欧洲的重要性预计会增加

此外，西班牙高粱种植的扩大可以为农民创造新的经济机会，减少对进口的依赖，促进当地农业生产。在加泰罗尼亚，2023年生产了超过10万吨高粱，其中90%以上用于动物饲料

此外，高粱是一种天然无麸质谷物，这在食品工业中是一个特别重要的特征。其适应性和高营养价值使其成为改善粮食安全的关键作物。人类消费对高粱的需求不断增长，2024年的需求增长了约6%，突显了其改善营养的潜力，特别是在研究导致高粱新品种的时候

该小组负责人Ana I.Caño-Delgado表示：“这项研究为CRAG提供了一个重要的机会，可以建立技术转让项目，鼓励公私合作，并突出我们研究人员的出色工作”

CRAG研究人员的这三项科学进步不仅为更可持续和更高产的高粱种植铺平了道路，而且标志着在应对全球粮食安全和营养挑战方面迈出了关键的一步。此外，这一发现与玉米、小麦和水稻等其他重要作物有关，因为它们也含有油菜素内酯信号通路。这为气候智能型农业创造了机会，提供了更具弹性和可持续性的品种 More information: Molecular and physiological characterization of brassinosteroid receptor BRI1 mutants in Sorghum bicolor, New Phytologist (2025). DOI: 10.1111/nph.20443

Juan B. Fontanet‐Manzaneque et al, Efficient sorghum and maize transformation using a ternary vector system combined with morphogenic regulators, The Plant Journal (2024). DOI: 10.1111/tpj.17101

Juan B. Fontanet‐Manzaneque et al, Untargeted mutagenesis of brassinosteroid receptor SbBRI1 confers drought tolerance by altering phenylpropanoid metabolism in Sorghum bicolor, Plant Biotechnology Journal (2024). DOI: 10.1111/pbi.14461

Journal information: Plant Biotechnology Journal , New Phytologist , The Plant Journal