甜高粱耐旱性评价及其与SSR标记的关联分析

Sorghum is one of the most drought tolerance crops in Gramineae, which has a smaller genome, and has become a model crop for the mechanism and the gene mining of drought tolerance. The south of Xinjiang was in arid and semi arid area, and had urgently demand for drought tolerance crops . As a variant of sorghum, sweet sorghum has become the ideal crop in maintain food, forage and ecological security . In this study, 500 Sweet Sorghum Germplasm from home and abroad were collected as materials, 16 traits related to drought tolerance including root, shoot, physiological traits were measured using the split plot experiment design in natural drought ecological conditions so as to identify the excellent varieties and set up stable index system for the drought tolerance evaluation of Sweet Sorghum; Principal component analysis was used to reduce the dimensionality of the traits which was correlative to some extent; Genotype analysis of SSR markers evenly distributed in the genome was performed to identify allelic variation; Finally，the associated QTL were detected using the genetic model we put forward according to the phenotype and marker genotype data, which can provide excellent genetic source and theoretical basis on molecular genetics mechanism of drought tolerance in Sweet Sorghum.

高粱是最耐旱的禾本科作物，具有较小的基因组，已成为耐旱机理研究及耐旱基因挖掘的模式作物。南疆地处干旱半干旱区，对耐旱作物的需求迫切。甜高粱作为普通高粱的一个变种，已成为保证南疆粮食、饲草和生态安全的理想作物。本研究拟以国内外500份甜高粱种质为研究材料，在南疆自然干旱生态条件下，采用裂区试验设计，对其耐旱性相关的根部、地上部和生理共16个指标进行田间鉴定，识别优异的耐旱品种，筛选出适合甜高粱耐旱性评价的稳定指标体系；应用主成分分析法对16个耐旱相关指标进行降维，并以其作为关联分析的表型；应用均匀分布于基因组中的SSR标记对研究材料进行基因型分析，识别各标记的等位变异；最终根据表型和标记基因型数据，应用本研究提出的遗传模型对甜高粱耐旱相关的关联位点进行挖掘，以期提供优异耐旱基因资源，为甜高粱耐旱分子遗传提供理论依据。

研究背景：高粱是最耐旱的禾本科作物，具有较小的基因组，已成为耐旱机理研究及耐旱基因挖掘的模式作物。南疆地处干旱半干旱区，降水量稀少，蒸发量大，对耐旱作物的需求较其它地区更迫切。甜高粱作为普通高粱的一个变种，已成为保证南疆粮食、饲草和生态安全的理想作物。作物耐旱性状是复杂性状，建立一套耐旱性状指标评价体系，在全基因组水平鉴定相关的位点，对于作物耐旱遗传改良具有重要意义。因此在南疆自然干旱生态条件下以甜高粱为研究对象，进行甜高粱耐旱性评价指标体系的建立和耐旱相关关联位点的挖掘具有重要的研究意义。.主要研究内容：①403份甜高粱耐旱相关性状及其耐旱评价指标间的相关分析。②耐旱性状与其耐旱评价指标间的主成分分析。③耐旱相关性状及其10个耐旱评价指标的GWAS分析。④不同耐旱性状与其耐旱指标间的GWAS结果比较（韦恩图）。⑤检测到的QTNs的生物信息学分析。.重要结果：①分析了403份甜高粱种质耐旱相关性状的数据及其10个耐旱指标的统计分析结果，包括耐旱指标间的相关分析及显著性检验、耐旱指标间的主成分分析、以及基于主成分结果和双标图的耐旱种质资源的筛选等。②403份国内外甜高粱种质资源的分析标记数据重测序完成，得到7000多个高密度、多态的SNP标记。③完成耐旱相关性状及其10个耐旱指标的GWAS分析，识别了一批与耐旱相关的QTNs，明确了甜高粱耐旱的遗传结构。④全基因组关联分析结果揭示了基于不同性状计算的耐旱指标间表型相关的遗传本质：相关性较强的耐旱指标有较多共同的QTNs。⑤通过生物信息学分析发现，通过GWAS检测到的显著的QTNs，部分为已知耐旱相关蛋白，部分表达的蛋白功能未见报道。.关键数据：①对照和干旱条件下403份甜高粱种质19个性状两年数据。②403份国内外甜高粱种质资源的重测序变异信息，共得到多态性的SNP标记7000多个。③与甜高粱耐旱相关的显著的QTNs数据。可用于进一步的生物信息学或全基因组预测研究。④基于显著QTNs生物信息学的基因功能预测数据。.科学意义：①本研究得到的结果对于进一步认识甜高粱耐旱的遗传机理奠定基础。②本研究得到的甜高粱标记数据，可用于后续甜高粱全基因组预测研究。③本研究得到的结果可通过生物信息学方法进一步挖掘相关耐旱基因的功能。