谷子Waxy基因等位变异及对蒸煮食味品质的影响

Foxtail millet is the special crop in China. Its output is about the 80% of total world millet production. Millet quality plays an important decisive role in industrialization development.Millet nutritional, cooking and eating quality, male sterile line used for heterosis, genetic diversity and functional genomics were studied, but not reported in waxy alleles variation associated with their cooking and eating quality in China. Foxtail millet cultivars and lines from Chinese different ecological regions will be used to analyse variation of amylose content. Reverse transcription expression and insertional mutation sequences of waxy genes will be detected by RT-PCR and PCR technology,respectively. Haplotypes and genetic diversity will be evaluated by using single nucleotide amplified polymorphism molecular markers. The effect of the waxy alleles variation on millet quality and starch viscosity characteristics will be analysed. The aim of this project is to provide new material and technology for Chinese special crop development, and obtain further basic theoretical and experimental foundation for new foxtail millet cultivars breeding in Inner Mongolia Autonomous Region.

谷子是我国的特色作物，产量占世界的80%，谷子品质对谷子产业化开发具有重要决定作用。国内在谷子营养品质、蒸煮食味品质、雄性不育系创制与杂优利用、遗传多样性和功能基因组等方面进行了大量研究，但未见有关Waxy基因等位变异及对小米蒸煮食味品质影响的报道。本项目以我国不同生态区春谷和夏谷为材料，进行直链淀粉含量变异分析；采用RT-PCR和PCR技术，开展Waxy基因反转录表达分析和基因组DNA插入突变序列检测；利用单核苷酸扩增多态性（SNAP）分子标记对Waxy基因进行单倍型和遗传多样性分析；剖析Waxy基因等位变异对小米品质与淀粉粘滞特性的影响。旨在为我国特色农作物开发提供新材料和新技术，为内蒙古自治区谷子新品种选育奠定理论和实验基础。

本项目研究了糯质、低直链淀粉含量和非糯类型农艺、品质性状变异及其waxy基因序列、反转录cDNA序列的SNPs多态性；剖析waxy基因等位变异与直链淀粉含量、胶稠度等品质性状的关系；对小米的感官食味品质进行了评价。明确了谷子waxy基因等位变异与食味品质的关系，为特色农作物开发提供新材料新技术。.(1) 65份品种农艺性状表现为：穗毛长短的变异最大，节数及叶片数最小，变异系数分别为49.79%和11.66%。穗毛长、穗粒重小、穗松，则单株产量低。34份不同糯质类型品种用10mmol/L的I2-KI溶液染色，白米粘谷、猫爪粘、红粘谷、红粘谷(00000537)呈红褐色，其余品种呈蓝紫色。(2) 50份谷子品种VB1含量和胶稠度较高分别为0.48mg/100g和112.41mm，其中16份品种的胶稠度大于120 mm；糯质、低直链淀粉和非糯类型频率分别为6%、76%和8%。品质性状变异程度依次为VB2含量>硒>糊化温度>直链淀粉含量>胶稠度>VB1含量>蛋白质含量。VB1含量高的品种，VB2含量和胶稠度也高，相关系数分别为0.496**和0.283*；直链淀粉含量高的品种糊化温度高而蛋白质含量低，相关系数分别为0.313*和-0.443**。(3) 糯质、低直链淀粉含量和非糯类型waxy基因SNPs分别为64、65和35个。糯性品种waxy基因exon4-exon9区段变异类型最多为27个，低直链淀粉和非糯类型exon2-exon4区域最多，分别29和12个。糯性品种缺失突变最多为32个，低直链淀粉和非糯类型颠换最多，分别为31和16个。此外，糯性、低直链淀粉含量和非糯类型插入序列位点分别为5、8和2个，主要集中在exon2-exon4。(4) waxy基因exon2-exon4间区RT-PCR分析表明，糯质红粘谷(00000537)与白米粘谷的同源性为99.12%，在第163、192、245和358位点检测到4个SNPs；红粘谷(00000537)与非糯丰田501的相似性为98.9%，有5个碱基和3个氨基酸变异，与赤谷4号有6个氨基酸变异。(5) 小米粥感官食味品尝筛选到济12、昭农21、朝谷13等11份优质品种(晋谷21为对照)。除赤谷9号为非糯类型外，其余品种均为低直链淀粉含量类型，胶稠度变幅为101.2mm-151.0mm。米粥开盖具有香味，粥的光泽度好。