【摘 要】
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谷子是自花授粉的二倍体短日照喜温作物,在我国遗传资源丰富,分布地域广泛,其作为一种营养均衡、食药兼备的杂粮受到广泛欢迎。株高是影响作物产量的重要因素,植株适当矮化可以增强抗倒伏能力、提高种植密度、利于机械化收获,在提高产量的同时减少田间劳作,因此矮秆是谷子一个重要的育种目标。本研究构建了谷子矮秆不育系488A与高秆SSR41杂交产生的F2代分离群体及F2-3家系,对488A矮秆基因进行了精细定位,
【基金项目】
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国家重点研发计划（2019YFD1000700,2019YFD1000702）；
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谷子是自花授粉的二倍体短日照喜温作物,在我国遗传资源丰富,分布地域广泛,其作为一种营养均衡、食药兼备的杂粮受到广泛欢迎。株高是影响作物产量的重要因素,植株适当矮化可以增强抗倒伏能力、提高种植密度、利于机械化收获,在提高产量的同时减少田间劳作,因此矮秆是谷子一个重要的育种目标。本研究构建了谷子矮秆不育系488A与高秆SSR41杂交产生的F2代分离群体及F2-3家系,对488A矮秆基因进行了精细定位,确定候选基因及导致矮秆的关键突变位点;通过亚细胞定位、基因编辑和过表达分析验证候选基因功能;通过分析候选基因在谷子资源中的变异类型,寻找优异单倍型,为分子辅助选育矮秆谷子新品种奠定基础。研究获得了如下主要结果:（1）农艺性状调查统计发现,与高秆亲本SSR41相比,矮秆亲本不育系488A株高显著降低,茎节数减少,每个茎节节间长度均缩短。对F2-3代分离植株茎的组织切片分析发现细胞长度缩短是引起株高降低的主要因素。（2）遗传分析表明488A矮秆性状由隐性单基因控制,通过精细定位将488A矮秆基因定位在谷子5号染色体1个267kb的区间内,通过候选区域内基因注释信息分析,筛选到候选基因Seita.5G404900与水稻半矮秆SD1基因同源,编码赤霉素合成途径关键的GA20ox酶,将其命名为SiSD1,该基因位于谷子5号染色体43166914bp处的一个碱基G缺失引起翻译提前终止,可能导致不育系488A矮秆的形成。（3）组织特异性表达分析表明SiSD1在根、茎、叶、穗等多个组织中表达,在拔节期茎节高表达;构建SiSD1-GFP融合表达载体转化谷子原生质体进行亚细胞定位分析,发现基因编码蛋白定位在细胞质中。（4）构建了SiSD1的CRISPR-Cas9基因编辑载体和Ubi::SiSD1超表达载体,转化谷子品种Ci846得到T0代基因单碱基插入的纯合编辑植株和过表达阳性植株,初步的表型分析发现编辑植株株高较野生型显著矮化。（5）SiSD1基因序列在839份谷子材料间共检测到7个SNP位点和1个单碱基插入变异,将所有谷子材料分为9个单倍型,H005与H003为优异矮秆单倍型,基因编码区43166914bp处碱基G缺失是引起株高降低的主要原因;基因上游2 kb启动子区在839份谷子材料间共检测到26个变异位点,包括25个SNP和1个INDEL,将839份谷子材料分为8个单倍型,不同单倍型之间株高无显著差异。
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