高羊茅耐热性的遗传分析与相关分子标记筛选

高羊茅是温带地区应用最为广泛的牧草、草坪草和防治水土流失的生态用草。高羊茅时常遭受高温胁迫，导致生物学产量和草坪质量下降。耐热品种的选育是应对高温胁迫的策略之一，但高羊茅的异交特性和遗传复杂性使传统的单株选择育种难以奏效。鉴于分子标记辅助育种具相对高效性，本项目开展对高羊茅耐热性相关分子标记的筛选及遗传基础的研究。实验采用耐热的无性系和不耐热的无性系各15－20个，分别建立耐热和不耐热的基因池，同时选取两个池中最耐热和最不耐热的1个无性系分别进行正反交，从而获得两个正反交F1与F2群体。在人工高温条件下，以叶片光化效率（Fv/Fm）、叶绿素a、b的含量和细胞外渗液相对电导率（EL）为指标，鉴定各群体植株的耐热性，并采扩增片段长度多态性（AFLP）和简单重复序列间扩增（ISSR）标记对各群体进行耐热性相关分析。本项目研究结果将为高羊茅乃至其近缘草种的耐热品种选育提供遗传理论和技术支持。

筛选与高羊茅单株耐热性和越夏性相关的分子标记和研究耐热性遗传基础有利于建立快速高效的单株选择育种体系。在田间自然条件和人工高温条件下分别对258个单株和无性系进行了越夏性和耐热性鉴定，并分析了单株和无性系的越夏性与耐热性的相关性。把12个单株或无性系在空间隔离自然条件下自交，测定其自交一代的种子发芽率，以鉴定自交不亲和率。把两个耐热性不同但严格自交不亲和的无性系在空间隔离条件下自由授粉，对其子一代单株进行人工高温胁迫下的耐热性鉴定。运用简单重复序列区间（Iter-simple Sequence Repeat，ISSR）和随机扩增多态性（Random Amplified Polymorphism DNA，RAPD）DNA分子标记技术，采用拟集团分离分析法（Modified Bulked Segregant Analysis，BSA），在800个RAPD和100个ISSR引物中筛选与高羊茅单株耐热性和越夏性相关的分子标记，并开发序列特异扩增区域固定标记（SCAR）。研究结果表明，高羊茅单株的越夏性与耐热性间没有显著相关或相关程度较低（r2=3.4%）；不同基因型间自交亲和率有显著差异，从0%~33%不等；耐热性不同的两个无性系互为正反交的子一代的耐热性间没有显著差异，初步表明耐热性主要受核基因的控制；引物UBC351扩增的750bp条带（351-T750）和耐热性存在显著相关；引物UBC138扩增的950bp条带（138-T950）在不耐热基因池单株中也表现出较好的规律性，且与越夏性有显著相关；引物UBC856扩增的1300bp条带（856-T130）仅与越夏性显著相关，并把UBC856开发成与高羊茅越夏性相关的固定标记T_SC856。研究结果提示：T_SC856-T411可用于越夏性强单株的辅助选择，351-T750可应用于耐热性强单株的分子标记辅助选择，而138-T950可以用于高羊茅耐热性强与越夏性强单株的分子标记辅助选择；依赖自由授粉的优良杂交组合的配制，需要首先对单株的特性加以鉴定，以越夏性强、耐热性强和自交亲和率低的单株无性系为亲本。