糜子农艺性状的变异和相关性分析

为了明确引进糜子品种综合农艺性状的遗传变异,为杂交育种提供参考,本研究对15份糜子材料的农艺和产量性状进行遗传多样性和相关性分析。结果表明,农艺性状中,单穗重、千粒重和穗粒重的遗传多样性指数较大;数量性状中,穗粒重、单穗重、穗下节间长、千粒重、主穗长、主茎节数和株高的变异系数依次分别为52.95%、40.2%、23.08%、11.0%、10.56%、10.49%和8.95%,说明穗粒重、单穗重的变异程度较大,株高的变异程度小,产量选择潜力较大。以欧氏距离5.0将15份糜子品种划分为四大组群,其中第一组群属于丰产型种质,应作为糜子杂交育种的亲本重点利用。本研究结果表明了抗倒伏性好的品种主茎节数较少、株高较低、具有白色或黄色籽粒;单株产量可通过增加单穗重、千粒重、降低主茎节数量、选择抽穗早的绿色茎秆类型实现;提高千粒重可通过降低株高、选择绿色茎秆实现。

30份糜子高代矮化品系主要农艺性状分析

为了明确糜子高代矮化品系的农艺性状的遗传变异,为糜子育种提供参考依据,对30份糜子高代品系的农艺性状进行方差分析、聚类分析和相关性分析。结果表明,农艺性状中主茎粗、穗重和籽粒重的遗传多样性指数较大;穗重、单穗重和穗下节间长的变异系数较大,千粒重、主穗长和主茎节数变异系数较小。方差分析表明,8个主要农艺性状的差异性达到极显著水平。在欧式距离为15处将参试材料划分为两大类群,第一类群以糯性糜子为主,第二类群以粳性糜子为主。相关性分析表明:穗重与穗粒重呈极显著正相关,株高与主茎节数呈极显著正相关。亩产量方差分析说明,JM-09、JM-11和NM-12的折合亩产量高于其余所有品系,除NM-01和NM-09,其余品系产量大于对照‘伊糜5号’,且差异达到极显著水平。

糜子农艺性状及SSR分子标记的遗传多样性

为了明确引进糜子种质资源的遗传多样性,以来自中国不同生态区的22份糜子品种为材料,利用SPSS软件和SSR分子标记进行农艺性状相关性、方差分析和聚类分析。结果表明,(1)农艺性状的变异范围为6.54%~45.43%,变异幅度由大到小分别为:穗粒重>单株穗重>单株草重>亩产量>茎粗>主穗长>主茎节数>主茎长>千粒重;主茎长与主穗长、单株穗重、主茎节数、茎粗、单株草重、穗粒重呈极显著正相关,穗粒重与主茎长、主穗长、单株穗重、主茎节数、茎粗、单株草重、千粒重呈极显著正相关,但均与亩产量无显著相关性。‘陇糜11’、‘宁糜13’、‘宁糜14’、‘固糜21’和‘赤糜2号’等5份品种的亩产量大于其余17份品种,且差异达到显著水平;‘陇糜9号’、‘宁糜16’、‘宁糜17’、‘内糜5号’、‘榆糜2号’等5份品种的亩产量相对较低。(2)以阈值2.0将供试22份糜子材料分为5大类群。第一类亩产量最低包括‘宁糜16’‘、宁糜17’‘、榆糜2号’;第五类亩产量最高,包括上述‘陇糜11’等5份品种,其中‘陇糜11’和‘宁糜14’的亩产量分别为3 847.35kg/hm^2和3 786.75 kg/hm^2。(3)SSR分子标记检测到BM552等17对多态性较好的SSR引物,参试品种的相似性系数在0.67~0.99之间,在相似性系数为0.77处,将糜子品种分为6大类群。其中第一类群包括‘陇糜5号’等15份品种,来源于西北春糜子区、呼和浩特和赤峰。第二类群包括‘陇糜11’、‘宁糜13’、‘宁糜9号’。第三、第四、第五、第六类群各有1个品种,依次分别为‘内糜6号’、‘陇糜10号’、‘宁糜16’、‘伊糜5号’。

谷子杂种F_(3:4)和F_(4:5)代品系DUS测试与评价

以2017-2018年参试的4份谷子品种和8份杂种高代品系为材料,采用SPSS 24.0统计分析软件进行DUS测试、聚类分析和相关性分析,结果表明:8份杂种F_(3:4)和F_(4:5)代品系的农艺性状均与其母本至少有一个以上不同,具有特异性;N2014(02)-93-4-2和2014033-2Ⅰ-5B-4符合DUS标准,即上述两个品系具有一致性、特异性、稳定性,可进行品种登记以及区域试验;在欧式距离为2时,12份参试材料被聚为四类,其中第一类叶姿、刚毛颜色、植株颜色、成穗茎数、籽粒颜色相同,倒二叶宽、茎秆粗度较大。参试品种(系)穗粒重与穗长、穗粗、单穗重、千粒重呈极显著正相关;穗粒重与茎秆长度、穗颈长度、穗码个数呈极显著负相关。本研究可为优质、高产春谷子新品种登记提供参考依据。

粳糯谷胚乳灌浆期差异表达基因富集分析

小米直链淀粉与支链淀粉的含量是影响蒸煮和食味品质的重要性状。粳谷和糯谷在籽粒灌浆期淀粉合成的途径和成分不同。利用高通量测序技术Illumina Hiseq4000对糯谷‘公谷68’和粳谷‘赤谷4号’(灌浆期第1天和第5天)未成熟籽粒进行转录组测序。结果表明:(1)糯谷和粳谷GBSSⅠ酶活性均呈低-高-低的趋势,二者活性大小存在一定差异。糯性品种‘公谷68’灌浆期第5天与第1天筛选出665个上调差异表达基因,上调基因较下调基因多431个;粳性品种‘赤谷4号’灌浆期第5天与第1天上调基因较下调基因多97个。(2)糯谷A_(2)-VS-A_(1)比较组差异基因GO富集在生物过程和分子功能,如种子油体生物发生、17-β-酮类固醇还原酶活性等7个功能;粳谷B_(2)-VS-B_(1)差异基因GO富集在光系统Ⅰ中的光捕获、色素结合等8个功能。(3)糯谷A_(2)-VS-A_(1)差异基因KEGG主要富集于咖啡因代谢、亚油酸代谢、花青素的生物合成和黄曲霉毒素生物合成途径,粳谷B_(2)-VS-B_(1)差异基因KEGG主要富集在光合作用-天线蛋白、亚油酸代谢、咖啡因代谢、油菜素类固醇生物途径,粳糯两个比较组富集过程均包括咖啡因代谢和亚油酸代谢途径。(4)糯谷和粳谷两个比较组中分别筛选到3个(SSⅡ-3,PHO1,AS)和4个(PHO1-1,AS,AGP16,WAX)差异较大且与胚乳粳、糯性相关的基因。以Actin(Si001873)为内参基因,将上述7个差异基因进行RT-qPCR验证,与转录组结果相吻合,说明差异基因与胚乳粳糯性相关。

谷子杂种F_(1:2)代抗除草剂综合评价

为提高杂种F_(2:3)代抗除草剂单株选择效率,以优质春谷子品种(系)、饲用品种、抗除草剂品种(系),及其32份杂种F_(1:2)代单株为材料,通过田间喷施0.025%拿捕净除草剂,农艺性状比较筛选鉴定,对杂种F_(1:2)抗除草剂能力进行综合评价和聚类分析。结果表明,杂种F_(1:2)代在质量性状上均与母本存在特异性,为真杂种。抗除草剂系数最大的三个指标分别为穗重(1.672)、穗码个数(1.537)和穗粒重(1.431)。在欧式距离10处,将32个杂种F_(1:2)代聚为高、中、低抗除草剂三大类。其中杂交种(2017026-1×16K2093-1)-3①、(2017026-1×16K2093-1)-7①、(2017026-1×15K1422-1)-2、(2017026-1×15K1422)-1、(2017026-1×15K1422)-2、(2018-DXXM-1×16K2093-1)-1的综合评价D值大于其余杂交种,依次分别为0.991、0.914、0.817、0.790、0.760、0.733,属于高抗除草剂类型,在杂交育种中可进一步加以利用。本研究可为选育优质、高产、抗除草剂春谷子新品种提供参考依据。

春播夏谷子品系农艺性状的相关性和聚类分析

为了明确谷子品系的适应性,为杂交亲本选配提供实验依据,以引进的夏谷子品系和自选品系为材料,利用SPSS 22.0和Microsoft Excel 2007软件对其农艺性状进行变异、聚类、相关和双关联分析,结果表明,(1)供试品系质量性状遗传多样性指数在0~1.910之间,由大到小依次为穗形>穗茎姿态>刚毛长度>刚毛颜色>颖果颜色>籽粒形状>籽粒颜色>植株颜色>叶姿;数量性状变异系数变幅为8.11%~20.29%,依次分别是穗粒重>亩产量>穗颈长度>单穗重>茎秆长度>穗长>千粒重>穗粗>茎秆粗度。(2)亩产量与穗茎姿态、穗形、千粒重、穗粒重、穗码个数、单码籽粒数、单穗重、穗粗、穗长、穗茎长度、倒二叶宽呈极显著正相关,与茎秆粗度呈极显著负相关。(3)在欧式距离4.0将供试材料聚为六大类:第一类包括11份,均为夏谷子品系,亩产量约为400 kg,茎秆较矮且粗,叶姿半上冲,刚毛黄较短,纺锤型穗;第二类只有2015137-2Ⅱ-4-1,叶姿半上冲,刚毛中等为紫色,穗茎姿态为勾形,圆锥型穗,株高较高,亩产为387.71 kg;第三类6份均为夏谷品系,刚毛短为黄或紫色,穗茎姿态为强弯,纺锤型穗,茎秆较矮且粗,亩产在287~340 kg之间;第四类包括2016025♀-2-4(大同29系选后代)等6份高产品系,叶姿半上冲,刚毛中或短为黄色,穗茎姿态为勾形,穗形为纺锤型、猫爪型或圆锥型,株高适中,亩产量均在529 kg以上;第五类包括2015053Ⅰ-2Ⅰ-5-1(济谷13系选后代)等5份品系,叶姿半上冲,亩产约489 kg。第六类包括2015(07)-4-10和2015137-2Ⅱ-5-1等2份品系,叶姿半上冲,猫爪型或圆锥型穗,亩产约501 kg。综合分析得出8份产量较高的品系,分别为2015(07)-4-10、2015(07)-4-11、2015053Ⅰ-2Ⅰ-4-2、2015053Ⅰ-2Ⅱ-1-1、2015137-2Ⅱ-5-1、16C227-2-2、2016025♀-2-4和2016025♀-2-5。

糯谷与非糯谷waxy基因全序列比对与多态性位点分析

为了明确粳糯谷子waxy基因DNA全序列及其氨基酸序列多态性,以3份糯质和2份非糯谷子品种为材料,通过Primer Premier 5.0引物设计、PCR扩增、目的片段纯化、阳性克隆和菌液PCR测序拼接,以Setaria italica v2.2 (Foxtail millet)基因为参考序列,分析参试材料间waxy基因全序列的多态性位点,利用在线SMART (http://smart.embl-heidelberg.de/)分析预测其waxy氨基酸序列及其二级结构域。结果表明,(1)waxy基因全序列总长度为4 218 bp。5份供试材料与参考基因序列比对共检测到54个突变位点,其中转换、颠换(易位)、插入和缺失突变依次分别为24、19、5和6个。(2)‘公谷68’、‘红粘谷’、‘赤谷4号’、‘赤谷9号’和‘杏黄粘’与参考基因序列比对分别含有36、8、5、5和0个差异位点,其中‘公谷68’与参考基因组序列比对,存在Intron 6第2 052 bp (T)和Intron 9第2 883 bp (AGGTG)等5个插入,在Intron 12 (3 602 bp)缺失T,Intron 6 (2 109~2 125 bp)缺失ACATTCTTTCAGACTGC等6个缺失位点,以及Intron 1 (396, 787 bp)(C-A)等12个颠换,exon 1 (54, 68 bp)(A-G)等12个转换。‘红粘谷’Intron 6在2 078 bp (T-A)等含有3个颠换,以及exon 1第54和68 bp、Intron1第201 bp (A-G)等5个转换。(3)粳糯谷waxy基因序列比对中,‘公谷68’、‘杏黄粘’和‘红粘谷’与非糯‘赤谷4号’分别含有31、5和3个多态性位点。(4)粳糯谷之间检测到70个氨基酸序列差异位点,其中‘公谷68’与其余4份材料存在69个差异位点,‘杏黄粘’第248个氨基酸为S (丝氨酸),其余4份材料均为N (天冬酰胺)。‘公谷68’检测到low complexity (51~67)、Pfam:Glyco_transf_5 (81~341)、Pfam:Glycos_transf_1 (385~524)、Pfam:Glyco_trans_1_4 (396~533)和low complexity (580~604)等5个waxy氨基酸序列二级结构域,‘红粘谷’、‘杏黄粘’、‘赤谷4号’和‘赤谷9号’均含有上述前4个结构域,但与‘公谷68’结构域的氨基酸位置不同,其差异氨基酸数目依次分别为0、1、0和12个。