谷子PHR家族基因的生物信息学及表达模式分析

磷饥饿响应(Phosphate starvation response,PHR)蛋白是磷调控网络中一个重要的转录因子,在调控磷的有效利用方面起着重要作用。为了挖掘能够响应低磷诱导的谷子PHR基因,研究通过生物信息学手段从谷子基因组中鉴定了PHR家族基因,分析了不同物种PHR家族基因之间的进化关系,进一步分析了谷子PHR家族成员的基因结构及其在低磷条件下的基因表达模式。结果显示,从谷子基因组中共鉴定到16个SiPHR基因,不均匀地分布在谷子的7条染色体上,CDS长度为783~1422 bp,编码260~473个氨基酸,等电点范围为5.08~9.49,均属亲水性蛋白。系统进化结果显示,SiPHR可划分为5个亚组,分别对应1~3个水稻、玉米、高粱同源蛋白,均含有Myb_DNA-binding和Myb_CC_LHEQLE保守结构域。SiPHR家族基因包含6~7个外显子,鉴定出9种顺式作用元件,且均存在光响应元件。基因组织表达模式分析显示,SiPHR1、SiPHR3、SiPHR4、SiPHR6和SiPHR16具有明显的组织表达特异性。在低磷胁迫下呈多种表达模式,其中,SiPHR3、SiPHR10表达量在低磷胁迫3 d后显著高于胁迫前水平。研究结果可为谷子SiPHR基因的耐低磷调控网络研究提供一定的理论参考。

谷子不同核心种质的小米氨基酸组分积累特性分析及其评价

旨在通过分析不同来源谷子种质的小米氨基酸组分积累特性,评价谷子核心种质资源品质情况,为小米优质品种选育提供参考。以154份谷子核心种质为材料,利用近红外光谱法分别对2 a小米的17种氨基酸含量进行测定,通过小米氨基酸的变异系数和相关性、不同种质来源对氨基酸含量的影响研究氨基酸积累特性,并利用主成分和聚类分析筛选富含氨基酸的优质种质。结果表明,小米中谷氨酸、丙氨酸和异亮氨酸的含量最高(>1%),苏氨酸、组氨酸、赖氨酸、半胱氨酸含量最低(<0.4%);除组氨酸、缬氨酸外,其余15种氨基酸积累特性在年份间存在显著差异,来源于黑龙江、甘肃等省的种质氨基酸平均总含量最高(>13%)。此外,春谷种质的小米13种氨基酸含量均显著高于夏谷种质。相关性分析表明,不同氨基酸间均存在显著相关,其中,苯丙氨酸与组氨酸等10种氨基酸呈显著负相关。主成分和聚类分析将154份谷子核心种质分为4个类群,其中,第Ⅰ类群种质小米氨基酸含量明显高于其他3类种质,筛选出甘肃陇粟2号、陇谷5号、陇谷10号、黑龙江嫩选十一号、山西大同黄、白毛粱谷、新疆二白谷等高氨基酸品种和甘肃陇谷10号、山西向阳谷等高赖氨酸品种。

谷子产量和品质相关性状的杂种优势及遗传特性分析

为了解谷子(Setaria italica)两系杂交后代的产量和品质相关性状的杂种优势,以3个高度雄性不育系为母本(A1、A2和A3),6个抗除草剂恢复系为父本(R1、R2、R3、R4、R5和R6),采用不完全双列杂交(NCⅡ)设计配制了18个组合,分析组合的株高、粒重和蛋白含量等11个性状的配合力和杂种优势特性。结果表明,不同亲本间及杂交组合间的性状均存在显著差异。其中,两系杂交组合的小区产量与千粒重、单穗粒重、株高、穗长显著相关,而与小米的品质(粗蛋白、粗脂肪、总淀粉)无显著相关。同一性状不同亲本的一般配合力(GCA)效应值不同,A1(不育系)和R1(恢复系)的产量和品质性状的GCA正效应值较大,是改良谷子高产优质的潜在优良亲本。而杂交组合的特定特殊配合力(SCA)效应值与亲本GCA效应值表现并不一致,其中A1×R5、A1×R6、A2×R1、A2×R4的SCA效应值较高,属于优异组合。此外,各性状的广义遗传力和狭义遗传力均大于65%,主要受加性效应和非加性效应共同控制。谷子杂交组合的株高、穗重、小区产量具有显著的中亲优势,部分杂交组合具有较强的超亲优势。株高、穗长、穗码、千粒重、脂肪的狭义遗传力较高,加性遗传作用较大,而穗重、茎节数、蛋白非加性遗传作用更为突出。虽然产量性状和品质性状的杂种优势特性不同,但均由加性效应与显性效应共同作用决定。