不同谷子品种产量和品质形成差异及脂肪积累期转录组分析

来源 :西北农林科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:bigfishing
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谷子[Setaria itclica(L.)Beauv.]是我国北方黄河流域重要的粮食及经济作物,栽培历史悠久。谷子脱壳后为小米,其富含脂肪、蛋白、氨基酸和不饱和脂肪酸等各种人体必需营养元素,近些年,随着人们对健康的关注,小米现已成为市场上备受欢迎的健康食品。随着农业科技发展和机械化程度提高,谷子种植面积有所回升,机械化与抗除草剂品种推广是实现谷子轻简高效栽培的重要途径。另一方面,因为籽粒含有脂肪,加工成小米后容易氧化酸败,影响其商品品质,针对市场需求,选育推广脂肪高低不同类型的谷子品种也是市场亟待解决的关键问题之一。因此,研究抗除草剂谷子品种籽粒形成过程中脂肪、蛋白质、淀粉等营养物质积累特点,分析不同穗位籽粒营养物质积累规律,剖析脂肪积累转录组特征,为抗除草剂品种选育和优质栽培奠定基础。本试验于2017~2018年在综合考虑农艺性状的基础上,从59份谷子品种资源中筛选出脂肪等性状差异明显的4个谷子品种为试验品种,其中2个抗除草剂谷子品种:冀谷35(JG35)和冀谷39(JG39),2个对照品种00003741(3741)和00008852(8852)。研究了抗除草剂谷子品种干物质转运及产量构成因素差异表现;分析了籽粒灌浆过程中粗脂肪、脂肪酸、蛋白质、氨基酸、淀粉以及黄色素积累动态特性以及不同穗位籽粒营养物质积累差异,对脂肪含量差异明显的抗除草剂谷子品种籽粒脂肪积累期转录组进行分析,研究得出以下主要结论:(1)抗除草剂谷子品种在籽粒灌浆发育过程中,顶三叶叶绿素相对含量变化均表现出相似的规律,在花后14 d最大,然后随着生育进程逐渐降低。不同类型谷子品种在籽粒灌浆发育过程中干物质转运规律均表现为,顶三叶和顶三鞘平均贡献率大于顶三茎,产量与茎粗、穗长、千粒重存在显著的正相关关系,通过合理的肥水管理,促进谷子穗部发育,从而可提高谷子产量。(2)谷子籽粒灌浆至成熟过程中,抗除草剂谷子品种籽粒品质积累变化趋势与对照品种基本一致。脂肪含量先升高后降低,蛋白质含量不断下降,淀粉、直链和支链淀粉含量呈由低到高增加趋势,黄色素含量呈先增加而后降低的变化趋势。谷子籽粒富含不饱和脂肪酸,其中又以亚油酸(C18:2cis)含量最多,其次是油酸(C18:1cis)。谷子籽粒氨基酸组成丰富,必需氨基酸占总氨基酸含量的比例(E/T)为34.10%~35.72%,必需氨基酸占非必需氨基酸含量的比例(E/N)为51.74%~55.57%。不同类型谷子品种均表现为穗中籽粒脂肪、淀粉和黄色素含量在灌浆发育前期(花后14~21 d)最高,而蛋白质含量在整个灌浆发育期均表现为穗中>穗上>穗下。(3)转录组测序分析共获得163.34 Gb Clean Data,基于比对结果,发掘新基因2,201个,其中1,432个得到功能注释,6,452个基因的结构得到优化。在JG35的籽粒发育的不同阶段,与JG39相比,1,920个基因上调,1,297个基因下调,通过pathway基因功注释分析,已注释的转录本中有47个基因与脂肪酸合成相关,36个基因与脂肪酸链延伸相关,43个基因与不饱和脂肪酸的合成相关。
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