理化诱导谷子突变体的筛选及突变基因的研究

With the coming of the post genome era, the focus of plant genomics is on the annotation of the functional gene, it is the direct method that the constrution of all kinds of plant sepatation population based the mutation..Setaria italica has many novel characters,such as better drough and salt tolerance, small genome, higher colinearity with model organism rice, C4 plant as maize, which all make Setaria italica a good organism of genomics research and even to be another model plant following arabidopsis and rice. The uncovering of functional gene of Setaria italica will be the focus of research, however, up to now there are no advanced and proven technique about mutant induction and screening due to the low genetic transformation efficiency. Based on a millet variety Yugu 1, we will develop mutants using physical and chemical method and screen intereing mutants depend on phenotype,quality and disease resistant, then we will also construt segregation population derived from mutant, develop SNP marker based on Restriction-site associated DNA sequencing (RAD-seq), map and clone the mutant gene depend on super-BSA method. Finally we will build a set of processes about high efficiency and stable mutant induction and screening and mutant gene research.

目前已进入后基因组时代，植物基因组学的研究集中在功能基因的诠释，构建基因突变群体则是分离鉴定基因最直接的方法。谷子抗旱耐盐，节水性强，且基因组小，同水稻具有高的共线性，是基因组研究的良好材料，谷子同玉米、高梁同属C4植物，光能转化效率高，目前谷子的基因组测序结果正在陆续公开，从而使谷子可能成为继水稻、拟南芥之外的另一模式植物。谷子功能基因的发掘将成为研究的重点，但谷子的遗传转化效率低，至今尚未建立成熟的突变体诱导和筛选技术。本研究以谷子品种豫谷1号为对象，利用理化方法诱导产生突变体，并根据植株形态性状、根系性状、品质性状、抗性性状等筛选突变体，构建突变体的遗传分离群体，并综合使用简化基因组测序方法（RAD-seq）开发SNP标记，利用Super-BSA方法进行突变基因定位，寻找与突变基因紧密连锁的区域，对候选区域进行基因功能注释。最终将建立一套高效、稳定的谷子突变体诱导、筛选和突变基因研究

谷子时起源于我国的古老作物，其突出特点是抗旱性强，对水分和养分的利用率高，是环境友好作物；同时谷子粮饲兼用，可兼顾粮食生产和饲草生产。谷子是二倍体（2n=2x=18）自花授粉植物，其单倍体基因组DNA含量仅为0.82pg，基因组全长约为470Mb，与水稻相当，且属C4植物，其光能转化效率高，近些年随着谷子基因组测序的完成，谷子功能基因研究越来越受到重视，谷子功能基因突变体成为研究谷子的有力工具。本项目以理化方法诱导谷子功能基因突变体，形成了一套成熟的突变体诱导、调查和筛选方法，以豫谷1号、冀谷25和冀谷31为诱导对象，分别研究了不同条件下的诱导效果，结果显示EMS较其他诱变剂或诱变方法具有快速、稳定、点突变等特点，EMS诱导豫谷1号的最佳诱变条件是：清水浸种过夜，1%的EMS浓度处理8 h，而其他谷子品种对EMS的敏感性有显著差异。项目执行期间每年利用多种方法诱导突变体，每年M2代的数量在1万株以上，至今已积累M2代单穗3万个以上。得到稳定的明显形态学突变系48个，其中包括穗型突变12个（穗型、育性、穗发育）、叶色突变3个（斑马叶、白化叶等）、感病突变体8个、育性突变体6个，株高突变体15个、其他突变体4个，并且将稳定的突变材料进行性状调查，并建立了正常株与突变植株的性状数据库。利用BSA混池测序的方法对类病斑突变体09-1115和黄化突变体wpem1进行了突变基因定位，测序结果显示其中LOC101782866很可能与类病斑突变基因相关，但还需进一步的基因克隆和基因功能验证，黄化突变基因的相关研究还在进行中。本项目使用不同物理和化学方法诱导突变体，互补方法间的优缺点，筛选并稳定不同类型突变体，为谷子功能基因的诠释奠定基础，为发掘谷子的抗旱、节水、营养平衡等优良基因做好准备，也为其他作物功能基因组研究提供新的佐证。