高粱糖分相关基因共表达网络分析及甜高粱蔗糖代谢关键基因验证

There are rich and diverse germplasm resources in nature, such as grain sorghum, sweet sorghum, grass sorghum and broom sorghum, which are agriculturally and economically important crops in the world. Sweet sorghum as a variant of sorghum has been currently one of the most promising renewable energy crops, whose stems have high sugar content, and sucrose, glucose and fructose in their stems are the best raw materials for ethanol production. Sugar compositions in sweet sorghum stems vary in the different varieties. Leaves of sweet sorghum are source organs of sucrose synthesis, and sucrose is stored into stems which are sink organs after synthesis, decomposition and transport. Using weighted gene coexpression network analysis (WGCNA) method in our project, we will analyze gene coexpression networks which are related to sugar content in sweet sorghum and grain sorghum. It will be studied that whether gene modules have conservation or not, which are obtained by analysis of the gene coexpression networks in different sorghum varieties. And it will be explained the biological significance of the different gene modules in these two sorghum varieties. Through the analysis of WGCNA, it is the emphasis to find the sucrose metabolism key genes and clarify their functions in gene modules of sweet sorghum. By expression quantitative trait locus (eQTL) analysis, we will attempt to give the genetic mechanisms which are produced by gene modules of sweet sorghum. Therefore，these results will lay the theoretical foundation for the breeding of high sugar content of sweet sorghum varieties and have significance to study systems biology of sweet sorghum.

自然界存在着丰富的高粱种质资源，如粒用高粱、甜高粱、草高粱和帚高粱等，是全球重要的农业和经济作物。甜高粱作为高粱的一个变种，是目前最具有应用前景的可再生能源作物之一，其茎秆含糖量高，茎秆中蔗糖、葡萄糖和果糖是生产乙醇的最佳原料。甜高粱茎秆内的糖分组成因不同品种而不同。甜高粱叶片是蔗糖合成的源器官，蔗糖合成后经过分解、转运，储存到库器官茎秆中。本项目通过权重基因共表达网络分析（WGCNA）方法分析甜高粱和粒用高粱中与糖分相关的基因共表达网络。研究基因共表达网络分析得到的基因模块在不同高粱品种中是否具有保守性，对这两个高粱品种不同基因模块的生物学意义进行阐释。通过WGCNA分析，重点在于发现甜高粱基因模块中蔗糖代谢关键基因并明确其功能。通过表达数量性状座位（eQTL）分析，试图给出甜高粱基因模块产生的遗传机制。因此，为选育高含糖量甜高粱品种奠定理论基础，并对甜高粱系统生物学研究具有重要意义。

自然界存在着丰富的高粱种质资源，如粒用高粱、甜高粱、草高粱和帚高粱等，是全球重要的农业和经济作物。甜高粱作为高粱的一个变种，是目前最具有应用前景的可再生能源作物之一，其茎秆含糖量高，茎秆中蔗糖、葡萄糖和果糖是生产乙醇的最佳原料。甜高粱茎秆内的糖分组成因不同品种而不同。甜高粱叶片是蔗糖合成的源器官，蔗糖合成后经过分解、转运，储存到库器官茎秆中。本项目通过权重基因共表达网络分析（WGCNA）方法分析甜高粱和粒用高粱中与糖分相关的基因共表达网络。研究基因共表达网络分析得到的基因模块在不同高粱品种中是否具有保守性，对这两个高粱品种不同基因模块的生物学意义进行阐释。本研究主要通过比较转录基因组学及全基因组关联分析的方法对高粱糖分相关性状进行了研究。对籽粒高粱及甜高粱在不同生育期的叶片进行转录组测序，获得了不同时期的差异表达基因，通过GO富集的方法对糖分相关的差异基因进行富集分析。对糖分相关的差异基因进行共表达网络分析，获得了参与糖分代谢途径的转录因子候选基因。通过全基因关联分析的方法对352高粱品种干湿芯性状进行基因定位，在6号染色体约50M区域获得一个显著关联区域，与前人报道的D基因结果相同。对D基因在自然群体里的单倍型进行分析，获得了两个与干湿芯性状显著相关的单倍型并开发成分子标记用于分子标记辅助育种。