摘要
谷子因其基因组小、自花授粉、种植简单等优点，已逐渐成为禾本科黍亚科的功能基因研究模式植物。花序发育过程受多种因素影响，包括基因表达、表观修饰和环境因素等，最终影响作物的产量及品质。以谷子为研究材料，研究花序发育过程及其分子机制有利于改善花序结构和植株产量，为谷子和其他禾谷类作物遗传育种提供理论依据。 本研究在吨谷×黄金苗的杂交后代衍生系中发现了ifd1自然变异突变体，通过与吨谷进行回交构建了BC1F2分离群体。通过农艺性状数据统计、体视镜和扫描电镜观察花序部分突变体表型与野生型的差异，突变体表现为一级枝梗发育不完全，穗颈长较短，单穗产量低等，出现穗码不连续发育的现象。通过遗传分析，该突变符合孟德尔遗传定律，由隐性单基因控制。随后对群体进行了混池重测序，选取隐性单株叶片进行了精细定位，成功将范围缩小到9号染色体10.53M到10.76M之间约230kb的范围。根据重测序结果的差异位点，筛选出了5个候选基因，这5个候选基因在谷子的表达水平分析中仅有2个在穗部高表达，且Seita.9G159200（命名为IFD1）在野生型中表达量相较于突变体高出3.11倍，该基因在内含子处有一个碱基突变，导致表达量骤降，进而影响了植株的花序发育。在后续的转录组测序分析中，共得到1743个差异基因，其中上调的773个，下调的970个。通过GO富集和KEGG富集分析，发现这些基因大多作用于植物生理节律、染色质组装、脱落酸激素调节等生物进程，这些生物过程都与ifd1在拟南芥和水稻中的同源基因MSI1所调控的生物学过程相似。结合该基因在这两种植物突变体花序部分的突变表型，我们可以推断是MSI1基因在谷子中直系同源基因IFD1的突变导致谷子花序发育异常。 综上，本研究通过初定位、精细定位以及实时荧光定量等试验，结合转录组数据的分析和同源基因的注释信息分析，在定位区间内确定了一个谷子中MSI1的同源基因IFD1，并初步探索了谷子花序发育异常的可能调控机制。本研究为谷子及禾谷类作物穗发育研究提供了新的遗传学数据，为深入开展谷子分子育种奠定了基础。
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