荞麦属植物落粒性相关基因研究

There are commonly shattering genes in Genus Fagopyrum, which controll the formation of abscission layer at pedicel intra articular and result shattering characteristics of flowers or fruits. When crossing among different pure lines or inbred lines, many hybrids show shattering. In results of the last completed NSFC project, we found about 28 different genes related to buckwheat abscission layer formation, but we have not known their complete length, variation, and what relationship with shattering. In this study, some further studies were made about them: (1)sequecing of transcriptics about part of pedicel abscission layer, in order to enrich and perfect the gene pool about shattering; (2)obtaining the complete length of 28 genes releted to abscission layer formation by means of race-PCR; (3)expression of these genes by fluorescence real time qPCR; (4) sequencing and comparison of PCR products of these genes among different species and among types of shattering; (5)the morphological anatomy structure of pedicel will be observed for search the relationship between gene variation and organization structure; (6)molecular markers and mapping of these genes by means of STS primers. The above resuts will provide clues for removing shattering in buckwheat breeding and clarifying the origin and evolution of genus Fagopyrum.

荞麦属植物中广泛含有落粒基因，影响花梗关节离层形成，导致落花落果。即使在不落粒的近交系或纯系之间杂交，也常常出现落粒性杂种。上一个我们主持结题的国家基金项目研究结果显示荞麦中存在大约28个不同的影响离层形成的相关基因。但是这些基因的全长和变异规律及其对落粒性的影响还不清楚。本研究拟对此开展深入研究：(1)对花梗离层部位进行转录组测序，丰富和完善落粒性相关基因库；(2)以race-PCR等方法探讨上述相关基因的全长；(3)以荧光实时定量PCR方法探讨上述相关基因的表达规律；(4)对上述相关基因扩增后进行测序，比较这些基因序列在不同荞麦种类和不同落粒性类型之间的差异；(5)对花梗离层形成区域进行解剖学观察，探讨上述基因变异与花梗组织结构的关系；(6)设计STS引物对这些基因进行分子标记和作图研究。上述研究预期结果可为荞麦育种中克服荞麦落粒性问题及荞麦起源与进化研究提供依据。

初步弄清了栽培甜荞综甜2 号、栽培苦荞黔苦5 号、野甜荞、野苦荞、大野荞、毛野荞、红心金荞等荞麦属植物花梗关节缢缩处的解剖学结构特征，发现花梗关节上缢缩处的离层是落粒的关键，由2-7层排列紧密的小细胞组成；构建了4个用于研究落粒性等野生性状遗传规律的RIL群体（甜荞Hom/甜自100 F5 RIL，Lonera-3/Homo F5 RIL，翅米苦荞1号/野苦荞的F8 RIL，苦荞长黑4T/红心金荞麦杂种F2遗传群体），分析了落粒性的遗传；对花蕾期、开花期、成熟期等不同时期花梗进行转录组分析，获得43个离层相关落粒性候选基因；利用SSR分析软件misa对苦荞基因组草图序列进行全基因组SSR扫描，共找到126,919个SSR位点，再基于blast序列比对工具，把本研究转录组测序表达分析获得的落粒候选基因的核酸或蛋白序列定位到苦荞基因组，把位于这些基因定位位置的上下游50 kbps范围内的SSR位点作为相应基因的关联SSR位点，在unigeneBMK.11927和BMK.29528BN中找到关联的SSR引物9对；利用race及基因组测序和转录测序等方法初步获得31个苦荞落粒基因的全长，确定了其基因名称、可能的功能、起始位置；初步弄清了其中3个落粒性相关基因序列（SOBIR1，NPR5，SRG1）在不同荞麦种类之间的变异，并显示与荞麦落粒性相关；在上述研究中，培育和审定荞麦新品种7个，创制新材料8个，其中5个申请了国家植物新品种保护权；获批相关专利1项；发表论文37篇，其中SCI收录3篇；培养研究生7人；参加编写著作1部；项目负责人完成的苦荞关键产业技术研究与应用成果获批贵州省科技进步奖二等奖1项。此外，承办全国性会议2个，出席国际会议3个。