【摘 要】
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糜子（Panicum miliaceum L.）属于禾本科黍属一年生草本单子叶植物,是世界上最早被驯化的异源四倍体作物之一。糜子籽粒富含淀粉,其中直链淀粉和支链淀粉的比值是影响糜子糯性口感的主要因素,而直链淀粉的合成由Waxy基因所编码的颗粒结合型淀粉合成酶（Granule-Bound Starch Synthase,GBSS）决定。系统全面的研究糜子GBSSI基因的功能,将为改善糜子糯性品质、提
【基金项目】
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国家现代农业产业技术体系建设专项（CARS-06-13.5-A16）； 山西省现代农业产业技术体系建设（杂粮）项目（2022-03）； 国家自然科学基金项目（31271791）； 山西省自然科学基金（201901D11126）；
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糜子（Panicum miliaceum L.）属于禾本科黍属一年生草本单子叶植物,是世界上最早被驯化的异源四倍体作物之一。糜子籽粒富含淀粉,其中直链淀粉和支链淀粉的比值是影响糜子糯性口感的主要因素,而直链淀粉的合成由Waxy基因所编码的颗粒结合型淀粉合成酶（Granule-Bound Starch Synthase,GBSS）决定。系统全面的研究糜子GBSSI基因的功能,将为改善糜子糯性品质、提高适口性提高理论基础。本研究拟在前期转录组测序注释基因的基础上,对糜子PmGBSSI-S基因进行克隆和生物信息学分析,并对该基因进行植物表达载体的构建及水稻/拟南芥原生质体亚细胞定位;在此基础上根据糜子GBSSI基因上已知功能位点的核苷酸差异设计功能分子标记,并对山西省270份糜子资源进行基因型检测和基因分型,以期为糜子GBSSI基因功能分析、遗传多样性揭示以及糯性品种选育等提供支撑。通过对粳糯性状的鉴定,将表型与基因型结合对分子标记进行验证。对46份不同基因型糜子资源进行直链淀粉含量测定,分析该基因的遗传效应,评估其育种利用价值。本研究主要结果如下:（1）建立在糜子前期转录组测序GO注释糜子基因组分析的基础上,克隆了PmGBSSI-S基因的exon1-exon13的全长g DNA序列。该序列全长3612bp,含有35个酶切位点,包含一个1812bp的完整开放阅读框,编码603个氨基酸,该蛋白分子量约为65.7k D,分子式为C2919H4605N809O856S30,等电点为8.46。保守结构域预测PmGBSSI-S编码蛋白与GT5糖原合成酶DULL1-like家族类似,该蛋白无信号肽、无跨膜结构,属于非分泌型蛋白,含有丝氨酸、苏氨酸、络氨酸三种磷酸化氨基酸,存在87个可能的磷酸化位点和55个特异性激酶位点,平均疏水性为-0.517,为亲水蛋白。PmGBSSI-S编码蛋白二级结构含有29个α-螺旋（helix）、18个延伸链（strand）和不规则卷曲环（coil）,以水稻GBSSI催化结构域的晶体结构构建了PmGBSSI-S编码蛋白三级结构,系统发育树表明其氨基酸序列与谷子和狗尾草的一致性最高。构建植物表达载体pRI101-GFP-GBSSI,基于PEG介导的水稻/拟南芥原生质体亚细胞定位发现PmGBSSI位于叶绿体。（2）GBSSI基因在糜子中以两种形式（L和S）存在,基于糜子中该基因的变异位点开发了3个标记。其中对S型基因外显子10附近15bp的InDel位点设计了一个功能标记,该标记能有效区分126bp、141bp和杂合（126/141bp）三种带型,粳糯性鉴定显示该标记检测结果与表型鉴定结果吻合度高,达93.3%,Pearson相关性指数r为0.745。针对L型基因上第9外显子区域的移码突变位点和外显子7处的SNP位点突变,设计了两个CAPS标记,该标记可准确对L基因分型。270份资源中,S-15/LF基因型所占比例最多（31.1%）,S-15/LY/LF基因型最少（0.74%）,未发现S-15/LC基因型。46份材料中,直链淀粉含量较高的基因型为S0/LY/LF（15.5%）,最低为S-15/LF（0.58%）。L型基因的突变等位基因对直链淀粉的影响不大,野生型S0的存在足以保证胚乳中直链淀粉含量,存在突变基因型S-15会导致直链淀粉含量出现质的下降,杂合基因型S0S-15直链淀粉含量稍高于纯合基因型S-15S-15。
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