【摘 要】
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磷是植物生长发育所必需的大量元素之一。我国有三分之二的土壤缺磷,过量施用化肥在提高农作物的产量的同时也带来了环境污染等一系列问题。作为一种不可再生资源,磷矿在未来的几十年内,将会被消耗殆尽,因此,为了保障国家粮食安全,培育磷高效作物新品种势在必行。谷子具有耐贫瘠、抗逆性强、适应性广、基因组小等特点,是挖掘植物抗逆基因、研究植物抗逆机制的理想材料之一。本研究对308份谷子种质资源的耐低磷特性进行评价
【基金项目】
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山西省重点研发计划项目（201803D221008-4）； 晋中市重点研发计划项目（Y192011）； 山西省留学归国人员择优资助项目（2019KY045）； 国家自然科学基金-青年基金项目（31901598）；
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磷是植物生长发育所必需的大量元素之一。我国有三分之二的土壤缺磷,过量施用化肥在提高农作物的产量的同时也带来了环境污染等一系列问题。作为一种不可再生资源,磷矿在未来的几十年内,将会被消耗殆尽,因此,为了保障国家粮食安全,培育磷高效作物新品种势在必行。谷子具有耐贫瘠、抗逆性强、适应性广、基因组小等特点,是挖掘植物抗逆基因、研究植物抗逆机制的理想材料之一。本研究对308份谷子种质资源的耐低磷特性进行评价及筛选,并从表型、生理生化和分子水平上探索它们响应低磷胁迫的综合机制,主要结果如下:1、通过实验室水培的方式,进行苗期耐低磷谷子种质的筛选和耐低磷特性的评价,采用综合耐低磷指标将308份谷子材料依据耐低磷能力强弱划分为8个等级,其中,Ⅰ级是低磷耐受型品种,有24份,Ⅷ级是低磷敏感型品种,有30份。2、通过水培的方式对低磷耐受品种V376和V254,低磷敏感品种V27和V18在低磷胁迫条件下的表型指标和生理指标进行了分析,发现:1)低磷胁迫条件下磷耐受品种根系伸长,地下部干重、根冠比增加,根系表面积增加,根系分泌酸性磷酸酶活性增强;2)磷耐受品种体内与活性氧清除能力有关的SOD、POD和CAT酶活性普遍高于磷敏感品种。与低磷胁迫响应有关的MYB转录因子基因Seita.3G278400.1、Seita.2G168900.1,WRKY转录因子Seita.1G036000.1和磷转运蛋白SiPHT1;1、SiPHT1;2、SiPHT1;3、SiPHT1;4、SiPHT1;8、SiPHT1;12基因的表达量在不同品种间、不同胁迫时间点存在显著差异,与V27相比,V376根系的磷转运蛋白和转录因子基因的表达量显著上调。3、采用覆盖谷子全基因组的1,410,570个高质量和高多态性SNP标记对308份谷子苗期的17个性状（株高、叶长、叶宽、叶面积、叶绿素、地上鲜重、地下鲜重、根冠比、根长、总投影面积、总表面积、平均直径、根系总体积、根尖数、分枝数、交叉数、性状耐低磷系数）进行全基因组关联分析（GWAS）,在P<0.0001的显著水平下,共检测到96个显著关联的标记位点。4、利用phytozome数据库在以上极显著关联位点上下各50 kb的区域内进行候选基因筛选,共获得267个候选基因,其中已知功能的基因有203个,未知功能的基因64个,功能注释涉及到参与磷脂酰代谢通路及其生物合成过程、促进植物根系的伸长和花青素积累的基因、参与蛋白质磷酸化的过程、以及一些转录调控因子如锌指蛋白基因、bHLH家族转录因子基因、磷酸酶基因、以及ABC家族转运蛋白、bZIP转录因子、ERF05转录因子和MYB家族的转录因子等。5、磷代谢相关基因的单倍型分析。根据全基因组关联分析基因注释锁定的一个可能与磷代谢相关的基因Si7g32390,分析后发现其在部分种质中有多个单倍型,且均存在非同义变异（nonsynonymous）和同义变异（synonymous）现象。后续我们将通过鉴定与耐低磷相关的有利的单倍型,挖掘耐低磷材料,以期为谷子耐低磷研究提供种质资源和数据资料,对深入解析谷子耐受低磷胁迫的分子应答机制奠定基础。
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