摘要
为促进谷子产量与品质性状的提高，培育高产优质的谷子品种，本研究以穗部表型差异较大的圆筒型穗形品种“公谷71号”（B376）为母本，龙爪型穗形品种“龙谷1号”（B27）为父本，以其杂交得到的F2分离群体以及F2∶3群体为材料，统计分析其主要农艺性状遗传特点，利用混合群体分离分析法（BSA-seq）对穗分支候选基因进行初定位，并通过精细定位及父母本幼穗转录组表达谱筛选控制谷子穗分支的候选基因，以期为谷子穗部性状的遗传改良和理想株型的品种选育提供理论支持。本研究主要结果如下： 1.对F2群体1050个单株的穗长、穗粗、单株穗重、穗码数、千粒重等5个穗部性状进行统计学分析，结果发现：F2群体穗粗、单穗重、千粒重的均值都比母本高，穗长均值比父本高，表现出了超亲优势，而穗码数的值均低于亲本且变异系数较大。群体各个性状统计分析呈连续的正态分布，符合数量性状的遗传特征。对各个农艺性状之间的相关性进行分析，发现穗长、穗粗、穗粒重、穗码数、千粒重之间呈极显著正相关。 2.从F2群体中各选择30株穗部极端（穗分支和直立）性状通过BSA-seq进行基因初定位，结果显示候选基因定位在5号染色体32,616,001bp-45,076,000bp之间，共筛选得到433个SNP和102个InDel位点。 3.通过InDel标记筛选与表型差异相关的位点进行精细定位，找到具有多态性且与性状连锁的引物，筛选得到4对连锁标记分别为5G32615251、5G32652971、5G32652967和5G32702600。通过4对连锁标记进一步将候选区段缩小到5号染色体（32,615,251bp-33,906,735bp）的1,291,484bp的区段内，该候选区段内有4个侯选基因：Seita.5G261000、Seita.5G265500、Seita.5G275600和Seita.5G278200。其中Seita.5G265500基因为包含NAC结构域的蛋白，在水稻中已有研究报道其调控穗分枝发育，影响分蘖。 4.对两个亲本材料B27和B376在幼穗发育的两个不同时期进行转录组差异表达基因的分析，通过GO和KEGG富集分析，发现两个品种在不同时期的差异表达基因主要与细胞膜的组成成分、细胞壁的合成、DNA结合转录因子活性等有关。差异表达基因参与的代谢通路主要涉及：脂质代谢、萜类和聚酮类化合物的代谢、氨基酸代谢以及植物激素信号转导、MAPK信号通路和植物与病原菌互作等途径；富集到的代谢物主要包括蛋白酶体、核糖体、ABA转运蛋白等。 5.BSA-seq初定位与转录组联合定位调控谷子穗分支的候选基因：结合谷子穗发育不同时期的转录组差异表达基因与BSA-seq共定位到44个候选基因，其中Seita.5G261000、Seita.5G342500、Seita.5G265500和Seita.5G234800等4个基因的表达在穗中发育的表达量较高，其功能注释与蛋白质丝氨酸/苏氨酸激酶活性、甲基转移酶活性、蛋白激酶活性有关，在富集到的代谢通路中主要与激素信号、丝氨酸相关途径相关。
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