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高粱籽粒可食用、饲用和食品加工业原料,因此,籽粒品质改良是高粱遗传育种的重要目标。高粱醇溶蛋白即kafirin约占种子贮藏蛋白的85%,由于其降低高粱食品的可消化性,降低籽粒中Kafirin含量是生物技术改良高粱的首选目标,同时,需要胚乳专一性启动子,将外源基因在高粱籽粒中高效表达。用生物信息学方法对高粱全基因组范围内kafirin基因进行了鉴定、表达、DNA变异和系统进化分析,找到其启动子及核心功能原件;通过优化高粱组织培养各参数,建立适合高粱遗传转化的再生体系,为进一步开展高粱遗传改良提供基础。研究结果表明:1.在高粱基因组范围内共鉴定到24个kafirin基因,分别为α、β、γ、δ-kafirin,它们的蛋白二级结构均主要以α-螺旋和无规卷曲为主,是疏水性蛋白,有信号肽。亚细胞定位为膜结合蛋白,α-kafirin理论等电点PI为6.36-9.25,分子量为24873.84-31595.47Da,是一个不稳定蛋白。β-kafirin理论等电点PI为7.99,分子量为20768.64Da,是一个不稳定碱性蛋白。γ-kafirin有跨膜螺旋结构域,理论等电点PI为8.20,分子量为22059.75Da,是一个不稳定碱性蛋白。δ-kafirin理论等电点PI为8.77,分子量为16516.31Da,是一个不稳定碱性蛋白。2.α-kafirin在胚乳中高度表达,含有Prolamin-box和O2-box1功能原件。DNA变异分析表现为纯化选择作用。明确了我国高粱种质Ji2731、LR9198含有的kafirin基因SNP、INDEL变异。3.在成熟种子愈伤组织诱导中,不同基因型和不同激素配比处理对愈伤诱导有极显著影响。在最适培养基MS+45 g/L蔗糖+500 mg/L水解酪蛋白+4.0 mg/L 2,4-D+0.2mg/L KT+1.2%琼脂条件下,SSA诱导率为60.71%,分化率为17.78%。愈伤诱导率2083和三尺三分别为38.17%和82.86%,且低浓度的2,4-D和KT组合使用效果比低浓度2,4-D单独使用效果好,而高浓度的2,4-D和KT组合对2083的诱导效果更好。4.在幼胚培养中,基因型对愈伤诱导有显著影响。SSA幼胚诱导率为78.81%,分化率为27.96%。愈伤诱导率2083和三尺三分别为54.69%和74.15%。表明,在高粱组织培养过程中,不同的外植体愈伤诱导率和分化率不同,同一品种幼胚诱导愈伤的能力和分化能力要强于成熟种子。因此,幼胚是建立再生体系的理想材料。5.利用kafirin启动子-gusA构建物,高粱幼嫩种子与农杆菌共培养,用GUS染色剂成功检测到外源基因在胚乳表达。总之,在高粱基因组范围内共鉴定到24个kafirin基因,α-kafirin和β-kafirin均在胚乳中高度表达,其启动子含有Prolamin-box和O2-box1胚乳专一性决定原件,为转基因技术改良高粱籽粒品质提供了基础。