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无融合生殖是不经过雌雄配子融合而产生种子的无性生殖方式,是发育植物学重要研究内容。分为无孢子生殖apospory和无配子生殖apogamy,所产生的种子是母本的复制品,包含母本全部的遗传信息,具有固定杂种优势的潜力,在水稻杂交育种上建议为一系育种法。一般认为高粱起源于非洲,主要种植在非洲、亚洲、美洲、大洋洲的干旱和半干旱地区。它是典型的C4植物,特化的光合作用器官使之拥有高光合效率和高产的潜力,同时具有耐旱、耐涝和耐盐碱的特性,是世界上继小麦、玉米、水稻和大麦之后第五大粮食作物。关于高粱无融合生殖的研究主要集中在种质资源创制和胚胎学发生机制,关于高粱无融合生殖相关的基因报道极少。作为打破传统高粱三系杂交育种(雄性不育系、保持系和恢复系)潜在途径,能有效解决传统育种杂交种需要不断繁殖亲本导致生产用种价格昂贵的问题。本研究使用高通量测序技术对高粱胚珠及幼嫩种子进行转录组测序,并利用生物信息学软件对其进行了分析。具体结果如下:1.高粱无融合生殖系SSA-1自主结实率为9.4%,自主结实率不只是受温度单一环境因素影响,还受到降水量的影响。高粱SSA-1无融合生殖频率为37.5%,属于兼性无融合生殖类型,同时花粉可能对无融合生殖具有一定诱导作用。高粱44A×SSA-1杂交F2代群体中株高、旗叶长、旗叶宽、穗长和茎粗5个农艺性状的频数分布连续且呈正态分布,符合数量性状遗传特征。2.通过对高粱SSA-1的胚珠和幼嫩种子(授粉10 d)进行转录组测序,按有参考基因组进行分析,共获得有效数据26.41Gb,其中各样品的有效数据均达到7.98Gb以上,Q30碱基含量百分比在93.48%~94.23%之间,GC碱基含量在55.36%~57.51%之间;利用HISAT2分别将各样品的有效数据与高粱参考基因组BTx623进行序列比对,发现各样本与参考的比对效率均在87.15%~93.41%之间;将测序基因数据与NR、Swiss-Prot、GO、COG、KOG、Pfam和KEGG数据库进行BLAST和注释后,发掘新基因2919个,其中2008个得到功能注释;利用DESeq方法对组间各基因的FPKM值进行差异表达分析,共筛选出差异表达基因共6902个,其中上调基因3238个,下调基因3664个。利用差异表达共筛选出与无融合生殖相关基因12个。其中参与sRNA发生和基因沉默调控:4个基因编码ARGONAUTE(Sobic.001G136000;Sobic.001G136150;Sobic.001G153600;Sobic.001G331800)和1个基因编码DICER-LIKE(Sobic.001G180000);参与胚发生:1个基因编码SERK1(Sobic.006G104500);4个基因编码LEC1/2(Sobic.006G266400;Sobic.002G161600;Sobic.001G338700;Sobic.002G369800);参与减数分裂:1个基因编码WUS(Sobic.003G350900);参与胚乳发生:1个基因编码FIS(Sobic.006G160400)。3.高粱全基因组范围内鉴定出SbAGOs基因共有19个,分布在除SBI-05和SBI-07外的8条染色体上,其中SbAGO5b1、SbAGO5b2、SbAGO5c、SbAGO5d、SbAGO7和SbAGO18b均在SBI-01上,前两对为串联重复排列,可能由局部复制形成。系统进化树分析表明,SbAGOs可分为AGO1/10、AGO5、AGO4/9、AGO2/7、AGO18五组;且SiAGOs和ZmAGOs对应的蛋白的亲缘关系更近。SbAGO1a、SbAGO1b、SbAGO1d、SbAGO4a2和SbAGO9是高度表达基因,而且在生殖器官或组织中相对于营养器官具有更高的表达水平,说明SbAGOs基因在高粱营养生长和生殖发育上具有调控作用。4.高粱全基因组范围内鉴定出SbDCLs基因共有6个,分布在第SBI-01、SBI-03和SBI-06共3条染色体上;其中SbDCL2a、SbDCL2b、SbDCL3b和SbDCL1集中在SBI-01上,而且SbDCL2a和SbDCL2b在SBI-01上串联重复排列。系统进化树分析表明,SbDCLs分为4个亚家族,分别是DCL1、DCL2、DCL3和DCL4,高粱与玉米的DCL蛋白质在进化上同源关系更近。SbDCL2a、SbDCL1和SbDCL3a是高度表达基因而且在生殖器官或组织中相对于营养器官具有更高的表达水平,说明SbDCLs基因对高粱营养生长和生殖发育上具有调控作用。