基于BSA法的稗属牧草抽穗期QTL定位及候选基因分析1

[目的]为培育不同生育期(早、中、晚熟)的稗草新品种，满足不同地域、不同生产需求及解析调控稗属牧草抽穗期遗传分子机制、促进盐碱地农牧产业的发展提供科学依据。[方法]本研究以抽穗期具显著差异的湖南稷子(Echinochloa frumentacea)和宁夏无芒稗(Echinochloa crusgalli)作亲本进行杂交而获得的F2:3群体为试验材料，利用BSA-seq技术对控制稗属牧草抽穗期的数量性状位点(QTL，quantitative trait locus)进行定位，并用GO、KEGG和NR数据库对候选基因进行功能注释。[结果]结果表明:4个样本共检测到的SNP变异位点宁夏无芒稗2610012 个、湖南稷子2629037 个、早抽穗池2829785个、晚抽穗池 2743678 个。InDel变异位点宁夏无芒稗 429336 个、湖南稷子 435461 个、早抽穗池 489104 个、晚抽穗池467913个。通过关联分析在 6号染色体和16 号染色体上分别定位了两个大小分别为9.9Mb包含944个基因和0.19Mb包含17个基因的候选区间qHD-6-1和qHD-16-1.对qHD-6-1和qHD-16-1 所包含的基因进行深度功能注释，根据注释信息从qHD-6-1 的 944 个基因中筛选出 81 个基因推测为候选基因，这些基因主要富集于苯丙烷生物合成途径(ko04120)、泛素介导的蛋白水解(ko00940)、多糖结合(GO:0030247)、蛋白质泛素化(GO:0016567)、泛素依赖性蛋白质分解代谢过程(GO:0006511)。从qHD-16-1 的 17 个基因中筛选出 7 个基因推测为候选基因，这些基因显著富集于半胱氨酸合成酶活性(GO:0004124)、丝氨酸生物合成半胱氨酸的过程(GO:0006535)、半胱氨酸生物合成过程(GO:0019344)、半胱氨酸代谢过程(GO:0006534)、蛋白质-DNA复合物组装(GO:0065004)、DNA代谢过程的调控(GO:0051052)。参与的代谢途径为硫代谢(ko00920)、半胱氨酸(Cys)和蛋氨酸(Met)代谢(ko00270)、同源重组(ko03440)。其中有两个基因在NR数据中没有功能注释，推测这 2个基因可能是控制稗属牧草抽穗期的潜在新基因。[结论]本研究利用BSA-seq技术挖掘到控制稗属牧草抽穗期的两个数量性状位点qHD-6-1 和qHD-16-1，并从中筛选出 88 个基因推测为候选基因。但植物抽穗的生理过程复杂，且目前对稗属牧草抽穗期遗传调控方面的研究还尚缺乏，关于这些基因是否是调控稗属牧草抽穗期的关键基因及其调控机理将在后续的工作中进行分析和验证。