高粱褐色中脉分子遗传图谱的建立及bmr QTL分析

摘要

高粱，是仅次于玉米、小麦、水稻和大麦的世界第5 大禾谷类作物。高粱产区辽阔，用途广泛。除食用外，高粱作为饲草作物和能源作物，正受到科学家们的极大关注。但是高粱细胞壁中木质素和纤维素、半纤维素等之间相互混杂和交联使细胞壁不易降解，影响牲畜的消化与营养吸收，增加纤维素乙醇转化成本。叶片中脉颜色与木质素含量和组成有着密切关系。一般认为褐色中脉(bmr)突变体总木质素含量和木质素单体的组成比例降低，从而使得细胞壁的可消化性增大，纤维素的水解效率升高，可显著提高饲草的适口性，增加消化率，并且有助于更高效地将其生物质转化为乙醇，因此受到广泛重视。目前褐色中脉在玉米中研究的比较广泛，但未曾见到在高粱中与其有关的遗传分析和分子标记定位研究报道，因此本研究以BTx623和PI595743及其F2后代为材料，应用SSR分子标记技术进行多态性筛选。主要结果如下：
　　 1.SSR分子标记的多态性分析。830对SSR引物对亲本进行筛选，结果表明：有95对引物在亲本间的扩增产物中检测到多态性，多态性比率达11.45[％]。
　　 2.95个多态性标记对F2代190株植物的SSR-PCR扩增。统计扩增结果，用Kosambi作图函数将重组率转化为遗传图距(cM)，应用MapMaker 3.0构建高粱遗传连锁图，95个标记中的85个构成10个连锁群，分别对应于高粱连锁群Sc01到Sc10，覆盖高粱基因组总遗传距离1220.1cM。其中Sc01和Sc08各有两个小的连锁群。
　　 3.高粱褐色中脉基因的定位。综合遗传连锁图数据和田间表型资料，应用SAS和Windows QTL Cartographer 2.5，采用单一标记分析、单区间和多区间分析方法，检测与褐色中脉(bmr)基因相关的QTL位点。结果表明：
　　 (1)通过利用SAS软件进行单一标记分析，分布于4条染色体上的16对SSR引物与褐色中脉这一特征紧密相关(P<0.05)，并且这16对SSR标记解释了高粱群体表型变异的范围为2.21[％]到21.89[％]。
　　 (2)应用Windows QTL Cartographer 2.5，单区间作图法(IM)和多区间作图法(MIM)都确立了与褐色中脉(bmr)相关的基因区域，即bmrQTL。一个主效bmrQTL，坐落于sc01b上，此外还确立了一个微效bmrQTL，坐落于sc04上。QTL作图的结果与单一标记分析的结果有着很好的一致性。
　　 高粱的bmrQTL分析结果证明多基因区域与高粱的褐色中脉有关，并且初步确立的bmrQTL将对高粱褐色中脉bmr基因的克隆和分子标记辅助育种打下坚实基础。