荞麦落粒性的遗传规律及其基因序列研究

荞麦属植物野生类型普遍表现出落粒性。关于荞麦落粒性的遗传模式一直不很清楚。有研究认为是单显性基因控制，也有研究认为是多个显性基因的互补控制。关于这些基因的序列及其功能等问题也不清楚。本研究拟以自交可育强烈落粒性的野生甜荞与自交可育不落粒栽培甜荞的F6代重组近交系RIL群体为基础，研究其落粒性的遗传模式、落粒基因的RAPD、SSR、STS等分子标记。利用普通荞麦三体系列对落粒基因进行染色体定位。同时，利用NCBI基因序列数据库查出其它植物落粒性或离层形成的相关已知基因序列，设计STS引物，PCR扩增落粒和不落粒荞麦的相关落粒基因序列，回收扩增序列并测序，通过blast程序进行序列比较分析，推论所得序列的相关功能。上述研究对于荞麦育种中克服落粒性问题和研究荞麦起源与进化有重要意义。

以自交可育的普通荞麦纯系为材料，通过有性杂交、单株自交和一粒传法，构建了5个自交可育杂交F5 RIL群体，即Lorena-3/Homo F5,Lorena-3/甜自21-1正反交 F5，甜自21-1/甜自100正反交F5 RIL群体。以此为基础进行遗传分析发现瘦果形状由单显性基因控制，落粒性、主茎颜色、瘦果棱初期颜色由两对显性互补基因控制。荞麦落粒性(Sht)涉及三对显性基因，其中任2对显性互补时，就会表现落粒性。RAPD\STS\SSR分子标记分析发现控制落粒性的Sht1基因定位在其连锁群Group 1上，Sht2基因定位在Group 5上，控制瘦果形状基因(Ac)和控制瘦果初期颜色基因(R1)定位在连锁群Group 2上，控制瘦果初期颜色基因(R2)定位在连锁群Group 7上。建立了154个DNA分子标记位点组成的遗传图谱。其中标记S1182-1160与Sht1基因连锁关系最近，遗传图距为1.3cM，S69-1130与Sht2基因连锁关系最近，遗传图距为2.6cM；S64-601和S353-414与Ho/s基因连锁关系较近，遗传图距为3.5cM和3.7cM。其中一个SSR标记(SSR5200)来自一个落粒基因序列，位于第4连锁群上。以荞麦幼嫩果实、花序、叶、根等合计6个样品总RNA，经转录本测序，已获得55015个基因序列，并均进行了基因注释。其中有86个相关基因序列与离层形成有关。剔除其中相同基因位点序列外，大约有28个不同基因参与落粒性的调控。其中主要基因是纤维素酶、木质素合成酶、丝裂原蛋白激酶、类受体蛋白激酶、脱落酸不敏感基因、花器官脱落的负调节因子、花脱落的正调节因子、细胞粘连因子、乙醛酸盐转氨酶、信号传导因子、转录因子、细胞壁修饰因子等等。其中，重点对三个基因（丝裂原蛋白激酶、类受体蛋白激酶、脱落酸不敏感因子）的结构、功能及其在8个不同荞麦种之间的变异性进行研究。发现这三个基因中均有一些变异位点与落粒性显著相关。此外，还创制了以SybGreen I等荧光染料直接显示染色体原位PCR扩增产物的基因荧光原位PCR染色体直显式定位技术。上述研究发表相关研究论文35篇，出版专著1部，教材1部。其中国际刊物论文5篇，被SCI收录。培养博士生1名、硕士研究生9名、本科生13名。申请专利1项，培育和审定新品种4个。超额完成了规定的任务和技术指标。