意大利黑麦草植株硝酸态氮素含量的QTL分析

Nitrogen is essential factor for plant growth, but the high nitrate nitrogen content of day matter in the feed sometimes cause the acute toxicity of sodium nitrate in ruminants. Breeding of forage crop varieties with low nitrate nitrogen content in the stems and leaves is an effective way to reduce this acute toxicity. In this study, an Italian ryegrass line LNG8 (0.12% of nitrate nitrogen content in the day matter) and another line JFIR12 (0.20% of nitrate nitrogen content in the day matter) will be used as parents, and a full-sib segregating population derived from these two parents will be used to construct SSR-based linkage map and QTL analysis for nitrate nitrogen content in the stems and leaves. In addition, we will fine-map the QTL detected and develop molecular markers closely linked to the QTL for nitrate nitrogen content in the stems and leaves, the results will be useful for low nitrate nitrogen content breeding in the Italian ryegrass. Future more, we will conduct the RNA-sequencing with the two parents at different development stages under a high nitrogen cultivated condition, based on the information of model plant species like rice and Arabidopsis, clone some genes related to nitrogen metabolism, the results of gene expression and homologous gene cloning study will be useful for understand the genetic bases of nitrate nitrogen content in Italian ryegrass and future molecular cloning of QTL for nitrate nitrogen content.

氮素是植物生长必须的营养成分，但饲料干物质中硝态氮含量过多容易引起反刍动物急性硝酸盐中毒。培育茎叶中硝态氮含量低的饲料作物品种是减少这种中毒的有效方法之一。本项目将以硝态氮含量低的意大利黑麦草品系LNG8（茎叶硝态氮占干物重为0.12%）和硝态氮含量正常的品系JFIR12（茎叶硝态氮占干物重为0.2%）及以其为亲本构建的全同胞分离群体为材料，在构建SSR分子标记连锁图谱的基础上，对意大利黑麦草的茎叶硝态氮含量的QTL进行初步定位和精细定位，开发与意大利黑麦草的茎叶硝态氮含量紧密连锁的分子标记，为意大利黑麦草低硝态氮含量的分子育种奠定技术基础。同时，对两个亲本进行不同时期的表达谱分析，结合在水稻等模式植物中已克隆的氮素代谢途径相关基因的同源克隆，为进一步深入理解意大利黑麦草的茎叶硝态氮含量的遗传学基础以及为今后意大利黑麦草的茎叶硝态氮含量QTL的克隆打下基础。

氮素是植物生长必须的营养成分，但饲料干物质中硝态氮含量过多容易引起反刍动物急性硝酸盐中毒。培育茎叶中硝态氮含量低的饲料作物品种是减少这种中毒的有效方法之一。本项目以硝态氮含量低的意大利黑麦草品系LNG8（茎叶硝态氮占干物重为0.12%）和硝态氮含量正常的品系JFIR12（茎叶硝态氮占干物重为0.2%）及以其为亲本构建的全同胞分离群体190个体为材料，构建了包含212个黑麦草SSR分子标记连锁图谱，该连锁图谱分为父本图谱和母本图谱，父本图谱包含199个标记，全长737.4cM，平均遗传距离为3.7CM，母本图谱包含178个标记，全长714.1cM，平均遗传距离为4.0cM。我们对上述分离群体单株的3个重复（单株掰分蘖而来）进行了5叶1心幼苗期的茎叶硝态氮含量的测定，结果表明，群体的硝态氮含量呈正态分布，但平均值偏向低亲亲本。QTL分析结果表明，在3个连锁群上检测到6个QTL，特别是在第1连锁群上在3个重复上都在同一个位置上检测到了效果较大的QTL，贡献率为19.4-29.9%，为该群体的最主要的QTL。我们开发了这一QTL位点的连锁标记以为意大利黑麦草低硝态氮含量的分子标记辅助育种之用。另外，我们对两个亲本进行幼苗期茎秆和叶片的表达谱分析，结果显示在不同氮素处理条件下，不同品种不同部位之间上调和下调基因差异较大，共同上调和共同下调的基因相对较少。另外我们对在水稻等模式植物中已克隆的氮素代谢途径相关基因进行了同源克隆，并将其中的6个基因定位到了连锁图上，但遗憾的是这几个基因未能定位到所检测的QTL区域内。上述结果为进一步深入理解意大利黑麦草的茎叶硝态氮含量的遗传学基础以及为今后意大利黑麦草的茎叶硝态氮含量QTL的克隆打下基础。