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盐害是影响作物产量和品质的主要非生物胁迫因素之一,培育和应用耐盐品种是降低盐害影响的最有效、最经济的措施。发掘作物耐盐种质资源及定位和克隆耐盐基因是培育耐盐作物新品种的前提与基础。大麦(Hordeum vulgare L.)作为全球广泛种植的第四大禾谷类作物,具有饲用、食用、啤用和药用等用途。大麦是耐盐性较强的作物,是盐碱土改良的先锋作物之一。本研究以自然群体和DH群体为材料,利用全基因组关联分析和连锁定位分析发掘大麦耐盐相关基因,对耐盐主效基因QSl.TxNn.2H的近等基因系进行生理生化、转录组学和蛋白组学分析,探索大麦耐盐生理和分子机制。主要结论如下:(1)以来自世界各地的215个栽培大麦品种构建的自然群体为材料,利用GLM、MLM和FarmCPU三种模型对大麦耐盐性进行全基因组关联分析,在大麦2H染色体10216375bp处检测到一个共同的与耐盐性显著关联的标记SNP6867,-log10(P)分别为3.46E-11、9.47E-07和1.18E-06,该标记与耐盐性的相关系数r为0.61,位于一个编码细胞色素P450家族蛋白的基因(HORVU2Hr1G0004550)内。FarmCPU和GLM模型均在3H染色体的37272409bp处检测到一个显著关联标记SNP17403,-log10(P)分别为2.40E-06和2.68E-09,该标记与耐盐性的相关系数r为0.62,位于一个编码多药物有毒化合物排出家族转运蛋白基因(HORVU3Hr1G015730)内。(2)通过对耐盐六棱栽培大麦CM72和野生二棱大麦SRY01与盐敏感栽培二棱大麦Gairdner构建的2个DH群体(分别简称为CG和SG)的耐盐性鉴定与QTL分析,在CG群体中,检测到1个来自耐盐亲本CM72的主效耐盐QTL qSCG2.1,定位在2.27-5.38 cM之间,最紧密关联的标记位于2H染色体的5.38cM(128349163bp)处,对表型的贡献率为82.7%;在SG群体中,检测到2个耐盐主效QTL。其中qSSG2.1位于2H染色体上0.00-2.52 cM之间,最紧密关联的标记在2H染色体2.18cM(10898658bp)处,对表型的贡献率为26.10%,与CG群体中的qSCG2.1、全基因组关联分析的2H染色体上的耐盐性显著关联位点及本课题组在另一个DH群体中(泰兴9425/Naso Nijo,NT群体)定位到的耐盐基因QSl.TxNn.2H(14.7cM,11885129bp)位置相近。qSSG3.1位于3H染色体上118.18-122.78 cM之间,最紧密关联标记在122.17cM(610833591bp)处,其抗性基因来自盐敏感亲本Gairdner,对表型的贡献率为14.40%。(3)以耐盐基因QSl.TxNn.2H的2对近等基因系(N33/T46、N53/T66:N33及N53为敏感系,T46及T66为耐盐系)为研究材料,对其幼苗进行盐害处理,并设置正常处理为对照,研究盐胁迫下0天、2天、4天及6天的根和叶离子稳态、脯氨酸含量和活性氧清除能力的差异;以近等基因系N33和T46在对照和300mMNaCl处理下96h的根和叶为材料进行蛋白组学分析。结果表明:在300mM NaCl盐胁迫下,耐盐系(T46和T66)正常生长,无明显盐害症状,而盐敏感系N33和N53植株叶片萎蔫接近死亡;耐盐系保持了较低的Na+/K+比、脯氨酸含量、MDA含量和H2O2含量及较高的抗氧化酶活性。在叶片和根中分别鉴定出53个和51个差异表达蛋白点。耐盐系中与光合作用、活性氧清除和ATP合酶相关的蛋白特异性上调表达。推测QSl.TxNn2H可能是通过Ca2+信号的传导控制Na+在木质部的卸载来降低叶片中Na+的毒性及通过诱导光合作用、活性氧清除和ATP合成酶等相关基因的上调表达,维持细胞内离子稳态、保护光合器官、减轻氧化应激反应和提供充足的能量,从而提高耐盐能力。(4)以QSl.TxNn.2H的近等基因系N33和T46在对照和300mM NaCl盐胁迫处理下48h的根组织为材料,进行转录组学分析,结果表明:与对照相比,盐敏感系N33中1173个基因下调表达,880个基因上调表达。耐盐系T46中,1196个基因上调表达,1204个基因下调表达。在耐盐系T46表达量特异变化的基因中,检测到多个调控氮转运、Na+、K+、Cl-和Ca2+转运、Ca2+信号传导、激素合成、ATP酶活性及LEA等与耐盐相关的基因。(5)以近等基因系N33与T46杂交F2群体为材料,对QSl.TxNn.2H进行精细定位研究,将该QTL定位到1.9Mb区段内,在该区段内共58个候选基因。在F3代筛选到精细定位区段内新的3株交换株,有望将基因精细定位到更小区间。QSl.TxNn2H精细定位的区段内有6个显著关联的SNP位点位于3个基因内,其注释分别为细胞色素P450家族蛋白、锌指家族蛋白、乙醛酸/羟基丙酮酸还原酶。在精细定位区段的58个基因中,编码热休克蛋白90、氯霉素乙酰基转移酶样结构域超家族和枯草杆菌类蛋白酶的基因在耐盐系中显著上调表达。推测编码细胞色素P450家族蛋白、锌指家族蛋白和热休克蛋白90的基因可能是其潜在的候选基因。(6)以野生大麦Tam407227和栽培品种Franklin构建的DH群体(TamF群体)为材料,进行盐害胁迫和盐湿害双重胁迫处理,调查该群体在单一盐胁迫和盐湿害双重胁迫下的损伤值及在单一盐胁迫下的叶片Na+含量,相关性分析与QTL分析表明,TamF群体在盐胁迫下的损伤值与盐湿害双重胁迫下的损伤值呈极显著正相关(R2=0.475),表明TamF群体盐湿胁迫下的损伤主要由盐害引起。盐胁迫下的损伤值与单一盐胁迫下的Na+含量的相关系数较小(R2=0.146),表明叶片中Na+含量对TamF群体耐盐性的影响较小。在盐胁迫下共检测到4个耐盐QTL,在盐湿害胁迫下,检测到6个QTL,其中3个QTLqS5.1/qSW5.1、qS5.2/qSW5.2和qS7.1/qSW7.1在盐胁迫和盐湿害双重胁迫下均可检测到,对表型的贡献率从5.7%到28.8%。根据这3个QTL紧密关联的分子标记设计了 CAPS标记,可用于耐盐QTL聚合育种。检测到2个盐胁迫下控制Na+含量的QTL。qNa7.1位于7H染色体上,减少Na+吸收的基因来自于耐盐亲本Tam407227,对表型的贡献率为14.1%。qNa1.1位于1H染色体上,减少Na+吸收的基因来自于Franklin,对表型的贡献率为11.4%,与已报道的排钠基因HvNax4位于同一位置,对候选基因HvCBL4的序列分析发现2亲本间1个SNP差异,导致了丙氨酸与苏氨酸的替换,可能会影响HvCBL4蛋白质的总体结构和功能。协变量QTL分析表明,qS7.1与控制叶片Na+含量的qNa7.1和HvNax3可能是紧密关联的基因,但qS7.1、qNa71.1和HvNax3的关系需要进一步验证。