中亚大麦抗旱种质资源筛选及优异等位基因发掘

Drought stress is a major environment constraint greatly impacting barley production in many arid and semi-arid areas of the world. In the present study, 170 barley varieties from central Asia will be analyzed using barley 8 k iSelect assay, to finding locus correlated traits related to drought resistance and finely map 10-20 genes for yield and drought tolerance traits, as well as 5-6 co-segregating or tightly linked molecular markers. The drought tolerance genes will be cloned by the method of in silico cloning in combination with PCR amplification, and the functional markers will be developed for the genes based on their allelic varants among different wheat cultivars, which will be validated with 170 barley cultivars. The results will lay a solid basis for revealing the genetic mechanism of slow drought tolerance, and molecular marker assisted breeding as well as gene cloning.

干旱一直是影响大麦生产的最主要非生物胁迫因素。本项目将利用170份中亚大麦品种及8 K SNP芯片，结合连锁分析和关联分析技术，对大麦产量和抗旱性进行全基因组扫描；筛选综合性状表现优异的抗旱大麦品种10-20个；通过表型并结合全基因组扫描技术发掘与抗旱基因紧密连锁的SNP标记5-6个，从中选出候选基因1-2个采用同源克隆的方法进行基因克隆；扩增抗旱特性表现极端大麦品种的gDNA，比较其序列差异性，然后根据不同等位基因序列差异开发基因特异性功能标记，并用上述170个大麦品种对标记的作用进行验证，明确抗旱基因序列变异与对基因表达的影响和基因作用的分子机理，为培育抗旱大麦新品种提供有效的方法和理论依据。

干旱是影响大麦产量的主要非生物胁迫之一。挖掘大麦干旱响应基因，有利于大麦耐旱品种改良。本研究以167份中亚大麦品种为材料，测定正常灌水（出苗期、拔节期、孕穗期、抽穗期、灌浆期各灌水一次）、灌水2次（出苗期、孕穗期各灌水一次）以及灌水1次（出苗期灌水一次）处理下的大麦株高、穗长、单株穗数及小穗数，结合群体分子信息，对这4个性状进行全基因组关联分析（Genome-wide association study，GWAS）。对167份中亚大麦进行群体进化分析，发现它们没有明显的地理亚群。全基因组关联分析共鉴定8个与性状关联的位点。通过对GWAS关联位点候选基因功能分析，筛选到17个可能与大麦耐旱性相关的潜在候选基因，其中，HORVU7Hr1G118520、HORVU6Hr1G053970、HORVU6Hr1G054160、HORVU6Hr1G075300和HORVU7Hr1G037140参与大麦的干旱响应，HORVU7Hr1G118520调控大麦的株高，HORVU6Hr1G053970和HORVU6Hr1G054160调控大麦的单株穗数，HORVU6Hr1G075300和HORVU7Hr1G037140调控大麦的小穗数。同时，对耐旱系数（Drought tolerance index，DI）进行GWAS关联分析，鉴定到7个QTL位点与大麦耐旱相关，分布在chr1H，chr4H，chr5H，chr7H上，潜在候选基因96个。该研究为后期大麦分子育种和抗旱功能基因克隆提供了基础数据。