高粱是我国主要的杂粮作物之一,按用途可分为粒用高粱、饲草高粱、甜高粱和帚高粱。饲草高粱生物量高、营养丰富、抗逆性强,是新型优质牧草的代表。作为整株收获的青贮饲料,生物量一直以来都是饲草高粱品种选育的重要指标,而品质性状的研究相对匮乏。本文对来自全球主要高粱产区的206份饲草高粱骨干不育系和恢复系的部分品质性状进行全基因组关联分析,以木质素含量作为研究重点,利用转录组测序、基因编辑等生物学技术挖掘关键基因,为分子辅助育种体系建立提供理论基础。本文主要研究内容和结论如下:1.对206份饲草高粱骨干不育系、恢复系进行重测序,对群体的结构以及遗传多样性进行了分析（1）所有的材料可以大致分为两个类群,第一个类群包括60份美洲材料和1份亚洲×美洲材料,第二类群包括美洲、亚洲、亚洲×美洲以及亚洲×澳洲的绝大多数品种,它们不完全地分为几个亚组或亚群,表明这几个地域的品种遗传背景更为丰富,品种间的遗传改良更频繁。（2）对材料的遗传多样性进行了分析,结果表明亚洲、美洲、亚洲×美洲、亚洲×澳洲的品种中可发现较为复杂的遗传背景,而来自欧洲的种质资源其遗传多样性则相对贫乏。群体连锁不平衡分析表明欧洲材料的群体不仅数量小且遗传改良率低。2.对206份饲草高粱的主要品质性状进行了全基因组关联分析（1）2017-2019年,利用近红外光谱法对所有材料的木质素、酸性洗涤纤维、醇溶糖和氨态氮含量进行了检测。（2）在重测序基础上对以上4个品质性状进行全基因组关联分析,结果表明:共有9个与木质素含量相关的QTLs,分布在高粱第1、4、6、7和9号染色体上,包含184个候选基因,其中有13个与玉米、水稻等作物中已发现的基因具有高度同源性。有8个与酸性洗涤纤维含量相关的QTLs分布在高粱第2、5、6、7、8和9号染色体上,包含91个候选基因,其中有44个与水稻和玉米中已发现的基因具有高度同源性。共16个与醇溶糖含量相关的QTLs分布在高粱第1、3、5、6、7、9和10号染色体上,包含302个候选基因,其中有25个与水稻中已发现的基因有高度同源性。与氨态氮含量相关的8个QTLs分布在高粱的第1、2、4和6号染色体上,共包含35个候选基因,其中有21个与水稻和苜蓿中已发现的基因具有高度同源性。不同地区的饲草高粱各品质性状等位基因单倍型分析结果表明,欧洲材料不含有降低木质素含量的单倍型;含有AA、CC、GG和TT这4类单倍型饲草高粱材料的酸性洗涤纤维、醇溶糖和氨态氮含量显著高于其他单倍型。3.在拔节期,选择3对（6个,共18个比较组）木质素含量差异极端的材料,取其茎秆和叶片分别进行转录组测序以及代谢通路分析（1）转录组测序结果表明,木质素含量差异表达基因共76420个,其中叶片组的上调基因18175个,下调基因17393个,茎秆组的上调基因24285个,下调基因14794个。关键转录因子主要来自于C2H2、WRKY、MYB、b HLH等家族共计2680个。（2）GO富集分析表明,差异基因主要富集在植物细胞壁和次生细胞壁的生物进程中。KEGG pathway分析表明木质素合成最显著的代谢通路是苯丙烷生物合成途径。KO分析结果表明木质素含量低的材料其木质素类型主要为愈创木基木质素,木质素含量高的材料为对羟基苯基木质素或丁香基木质素。转录测序结果分析表明参与苯丙烷生物代谢途径（木质素代谢）的基因共有31个,其中17个上调,14个下调。4.基于基因的异源表达和CRISPR-Cas9技术对候选基因进行功能验证将GWAS和RNA-Seq分析结果中的共有基因LOC8067848和LOC8074615在水稻品种“中花11号”中分别进行异源表达和水稻直系同源基因敲除,结果表明基因LOC8067848的过表达可使水稻叶片和茎秆木质素含量比对照降低5.91%和15.51%,基因LOC8074615的过表达,可使水稻叶片和茎秆的木质素含量比对照降低13.36%和23.69%。两基因的水稻同源基因被同时敲除后,可使茎秆和叶片的木质含量比对照高44.65%和22.91%。综上所述,对来自全球主要高粱产区的206份饲草高粱木质素含量进行全基因组关联分析、转录组测序以及基因编辑等生物学技术分析后,位于高粱第7染色体的基因LOC8067848和第9染色体的基因LOC8074615是降低饲草高粱木质素含量的重要基因,可在抗倒伏、易消化新品种选育过程中加以合理利用。