芒属植物光周期敏感和衰老性状的遗传特性与分子标记研究

Development of interspecific hybrids of Miscanthus has a huge potential in energy crop breeding, but it is extremely difficult to make crosses between different Miscanthus species because of asynchronous flowering time. There are enormous inter- and intra-specific variations in flowering time. Miscanthus senescence is also an import trait for its harvest and storage as an energy crop. Both flowering time and senescence are associated with photoperiod sensitivity. We are going to investigate Miscanthus' response to various photoperiod treatments and to understand its flowering time regulation by photoperiod. We have prepared three F2 and two BC1F1 populations that were derived from inter-genus or inter-specific crosses. These genetic populations will be grown at multi-sites in multiple years for trait data collections and will be genotyped as well using molecular markers. Genetic map will be constructed and QTLs that control flowering time and senescence will be identified. 10-15 molecular markers that are closely linked to flowering time and senescence will be developed and used in Miscanthus breeding. 3-5 new varieties of Miscanthus that can be grown at different latitudes will be developed. Hopefully, this study will greatly contribute to new energy crop development.

芒属植物种间聚合杂交最有希望培育出综合性状优良的芒属能源植物新品种，但花期不遇的技术瓶颈严重阻碍了杂交育种工作的顺利开展。芒属植物的花期和衰老存在种间和种内差异。开花期受光周期调控，植株衰老与光周期也有一定的关系。本项研究用不同光照时间、光周期数、植株大小等因子进行芒属植物光周期诱导试验，建立芒属植物光周期诱导的花期调控模型，探讨光周期调控与植株枯黄的相关性。利用3个F2，2个BC1F1芒属植物种间、种内杂交的遗传群体为研究材料，从杂交群体的花期和枯黄期的多点多年的表型数据、高密度遗传图谱、紧密连锁标记和QTL定位，初步揭示芒属植物花期光周期敏感和衰老性状的遗传和分子机理。通过本研究，阐明芒属植物花期光周期调控的规律，获得10-15个与光周期敏感和茎叶枯黄紧密连锁的分子标记，筛选3-5个适应高纬度环境的芒属植物聚合杂交的优良新种质，研究结果对中国芒属植物育种具有重大意义。

芒属植物中的芒、五节芒、荻和南荻4个种具有较大的利用价值，而花期和衰老是芒属植物选育过程中两个极其重要的性状。通过调控花期可以解决芒属植物种间杂交花期不遇的技术障碍，而衰老对于芒属作物的收获和储藏至关重要。本项目所获得的主要研究结果总结如下：.1、芒属植物中，荻、南荻、芒属短日照植物，原产地7月30日的自然光照长度可以作为荻、南荻和芒的临界光周期长度。利用短光照周期(13 hours/day)诱导10 天，荻和芒在45天左右能进入孕穗期，而南荻则需要50天左右。通过增加和缩短光周期的方法来调控荻、南荻、芒的孕穗期，解决花期不遇的难题，为芒属作物杂交育种奠定了技术基础。在短日照条件下，荻和芒可以通过刈割的方法进行孕穗期的调控，作为光周期调控的辅助手段。.2、荻和南荻以及中高纬度生态型的芒能够在长沙地区秋冬季自然衰老，而低纬度的芒和五节芒在长沙不能正常衰老。收获后，茎叶平均含水量最高的是五节芒，其次是芒，南荻次之，荻的最低。南荻衰老后的茎秆含水量在不同基因型间存在显著的差异，且与茎秆的部位和茎径的大小较大的相关性。.3、对荻和南荻以及荻和五节芒的杂交群体进行遗传分析表明芒属植物的孕穗期和抽穗期符合主基因+多基因混合遗传模型。荻和南荻杂交群体、荻和五节芒杂交群体的孕穗期和抽穗期性状由两对主基因控制，主基因遗传力高。荻和南荻与五节芒的杂交种能够正常衰老，但后代性状分离较为复杂。.4、利用五节芒（A0430）为母本，荻(A0405)为父本的杂交后代群体（116个体），通过大量筛选SSR引物，得到了由603个SSR标记构成的芒属植物图谱，19个连锁群横跨1952.8cM，平均分辨率为3.2cM。.我们的研究揭示了芒属植物的光周期敏感性，以此为理论 基础通过花期调控解决了杂交育种花期不遇的难题。通过构建杂交群体和相关遗传分析我们揭示了芒属植物衰老性状的遗传复杂性。 因此，本研究为芒属作物的杂交和品种选育提供了理论基础和技术撑。