木薯有性四倍体遗传稳定性及其产量优势的遗传调控机理研究

The sexual polyploidization mediated by 2n gamete has a higher breeding value than the asexual polyploidization through somatic doubling, in terms of genetic stability and heterosis utilization.Cassava, with the starchy roots as the main products, is very suitable for polyploid breeding, especially sexual polyploidization has a great potential for genetic improvement of cassava.On the basis of our research of 2n gamete induction and sexual polyploidization of cassava, the further study will be aimed at genetic stability of cassava sexual tetraploid that obtained and its regulation mechanism of yield advantage.①The genetic superiority of genetic stability of cassava sexual polyploidization will be verified by generational identification of the stability indices of agronomic traits、cell ploidy、DNA content and protein expression , etc. ②Analysis of enzyme activity、the dynamic change of sugar contentand and amyloplast development that related to starch synthesis during the different developmental stages from the "source" to the "storage roots" of sexual tetraploids and their parents；and the important differential expression of genes encoded major metabolic enzymes for the starch accumulation will be analysised using transcriptome, Q-PCR, to reveal the genetic regulation mechanism of the yield heterobeltiosis of cassava sexual tetraploid.The implementation of this project has important theoretical significance and practical application prospect for the cassava polyploid breeding.

2n配子介导的有性多倍化比体细胞加倍的无性多倍化具更高的育种价值，主要体现在遗传稳定性及其杂种优势利用。以富含淀粉的块根为主要产品的木薯非常适用于多倍体育种，特别是有性多倍化对木薯的遗传改良具很大的应用潜力。本项目在原有木薯2n配子诱导及有性多倍化创质研究的基础上，拟进一步对获得的木薯有性四倍体在遗传稳定性及产量超亲优势的调控机理进行研究。①通过其后代株系在农艺性状、细胞倍性、DNA含量及蛋白质表达等稳定性指标的逐代鉴定，验证木薯有性多倍化遗传稳定性的育种优势。②通过从“源”到“库” 研究木薯有性四倍体及其双亲在不同发育时期与淀粉合成相关的酶活性、糖含量的动态变化以及淀粉体发育过程，利用转录组、Q-PCR进行块根淀粉积累关键酶基因中重要差异基因表达分析，从而揭示木薯有性四倍体产量超亲优势的遗传调控机制。本项目的实施对木薯多倍体育种具有重要的理论意义及实际应用前景。

选育木薯优良多倍体品种是木薯遗传改良的有效途径。本项目通过对已获得的木薯有性四倍体遗传稳定性及性状超亲优势的遗传调控机理深入研究，阐明木薯有性多倍化的遗传效应及育种优势，为选育高产木薯优良多倍体品种奠定基础。.主要研究结果如下：.1、研究通过采用：田间的农艺性状观测(生长稳定期)、流式细胞术、叶片染色体计数、蛋白质含量测定/蛋白质聚丙烯酰胺凝胶电泳以及淀粉含量测定等方法进行木薯有性四倍体的遗传稳定性鉴定。结果表明木薯有性四倍体其后代株系具有很好的遗传稳定性。.2、利用蛋白质组学方法分析二倍体和有性四倍体光合作用能力的差异, 通过蛋白质互作调控网络推测解毒和抗氧化作用、伴侣蛋白和碳循环的蛋白质均参与多个代谢途径, 它们使各个代谢通路的蛋白质紧密相连, 构成一个相互作用的生物调控网络。.3、通过比较在干旱胁迫下木薯的叶片形态和叶片中丙二醛含量、游离脯氨酸含量、超氧化物歧化酶活性等生理生化指标研究木薯有性四倍体的抗旱性，发现有性四倍体较SC5具有更强的抗旱性。推测木薯有性四倍体材料更能在干旱胁迫下通过有效地维持光合系统的正常结构和功能来迅速适应干旱胁迫。.4、通过前期工作中得到的具有早熟杂种优势的木薯有性四倍体（ST）为主要供试材料，对ST及其双亲生长发育不同时期块根从叶“源”到块根“库”中蔗糖代谢、淀粉的积累特性进行比较分析，并结合它们的膨大期块根基因转录组数据研究ST块根早熟的调控机制。.通过本项目研究，基本明确了其后代株系具备遗传稳定性以及进一步研究由“源”到“库”一系列与淀粉合成相关的酶活性及其关键基因的表达调控机制，验证木薯有性多倍化遗传稳定性及木薯块根早熟的淀粉优势调控机制。该项目的研究不仅可为木薯有性多倍化杂种优势固定及高产遗传调控机理提供相关理论依据，还可为提高木薯多倍体育种光合作用和抗逆性提供线索，为木薯有性多倍体品种选育奠定基础。