谷子是中华民族的哺育作物,具有抗旱耐贫瘠和C4高光效等优点。谷子最佳的抽穗开花时间在很大程度上决定了其对局部环境和栽培地域扩张的适应性,对谷子生产至关重要。拟南芥和水稻作为模式植物在引领重大科技发现和功能研究中起了非常重要的作用,而拟南芥和水稻为C3植物,无法解决C4植物高光效等基础问题。谷子基因组小,为二倍体自花授粉植物,种子多,具有发展为C4模式植物的潜力。利用EMS诱变名优谷子晋谷21,筛选获得了谷子超早熟突变体,命名为xiaomi。利用晚熟G1（♀）×早熟xiaomi（♂）F2群体,进行遗传分析和基因克隆。通过构建高质量的xiaomi参考基因组、基因表达谱和农杆菌介导的高效稳定的遗传转化体系,将xiaomi发展为研究C4植物功能研究的理想模型系统。1.超早熟迷你谷子突变体xiaomi的筛选及表型分析对山西省优质高产品种晋谷21进行EMS诱变,从大约20000个突变株系的M2代群体中筛选到一个超早熟迷你突变体,将其命名为xiaomi。xiaomi生育周期较短,在田间条件下播种后39 d左右抽穗,70 d左右成熟;植株矮小,仅为67 cm左右。结实率比野生型晋谷21高12.83%,但千粒重和种子大小与晋谷21无显著差异。在长日照条件（16 h光/8 h暗,28℃/22℃）下,xiaomi抽穗期进一步提前,株高降低至30 cm左右。谷子是典型的短日照作物,但xiaomi的早抽穗表型是长日照依赖的,在短日照条件下比长日照条件下晚抽穗约1个月左右。2.遗传分析与基因克隆为了克隆XIAOMI基因,将xiaomi突变体与晚熟品种G1进行杂交,构建F2群体。遗传分析表明,G1×xiaomi杂交F2群体中晚抽穗与早抽穗的比例为3:1(χ~2=0.318＜χ~20.05,1=3.841),表明xiaomi抽穗期提前是由隐性单基因突变引起的。利用图位克隆和Super-BSA技术将XIAOMI基因定位在9号染色体212 kb区间内,该区域只有一个碱基突变:Phytochrome C（PHYC,Si9g09200）基因2469位的G变为了T。PHYC编码光周期开花所必需的光受体。3.光周期途径异常导致了xiaomi早抽穗表型为了了解在长日照条件下XIAOMI基因突变是如何影响抽穗期的,对播种后30 d的晋谷21和xiaomi的倒二叶进行转录组测序。在xiaomi中共筛选到1281个差异表达基因,其中上调基因有711个,下调基因有570个。进一步分析表明,xiaomi中PRRs、GI、COL/Ghd7、EHD1、FT/Hd3a和AP1/MADS等光周期途径基因的表达受到显著影响。上述结果表明,PHYC基因突变导致光周期途径异常。4.基于xiaomi的C4禾谷类模式植物体系的建立为将xiaomi发展为C4禾谷类模式植物,利用三代单分子测序技术、二代Hi-Seq测序技术和Hi-C技术组装了高质量xiaomi基因组,基因组大小429.94 Mb,N50长度达到42.41 Mb。利用三代全长转录组、小RNA测序等数据,结合从头预测和同源性搜索,注释了34436个蛋白质编码基因,919个rRNA基因、3516个tRNA基因、2631个假基因、340个microRNA（miRNA）前体、28260个长非编码RNA（lncRNA）前体和1318个环状RNA（circRNA）前体。为了构建xiaomi的全生育期基因动态表达图谱,利用RNA-Seq检测萌发3 d的种子、2周幼苗、根、茎、2周苗的倒一叶、30 d苗的倒2叶、旗叶、倒4叶,幼穗、授粉期穗和灌浆期穗等11个xiaomi组织器官中基因表达情况。为了使这些表达数据方便使用,开发了xiaomi基因数字表达浏览（http://sky.sxau.edu.cn/MDSi.htm）。在该浏览器中,基因表达数据可以用热图形式展示。为了解决谷子遗传转化困难的问题,建立了农杆菌介导的高效稳定的谷子遗传转化体系。该转基因体系从农杆菌共培养开始至获得转基因种子仅需要2-3个月,转化效率高达23.28%。从根本上解决了谷子作为模式植物转化效率低下的问题。