【摘 要】
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谷子（Setaria italic（L.）P.Beauv.）起源于中国,是我国主要的杂粮作物之一,干旱胁迫是干旱、半干旱地区谷子减产的重要因素。研究发现,不同谷子品种间的抗旱能力也存在显著差异,因此提高谷子对干旱胁迫的耐受性是谷子生产和发展的迫切需求。本研究将348份谷子核心种质资源进行苗期自然干旱胁迫处理,通过测定苗期株高、叶绿素相对含量、叶片相对含水量和叶片厚度相关指标并进行相关性分析。采用主
【基金项目】
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国家自然科学基金（31401396）； 山西省基础研究计划项目（20210302123395）； 山西省留学人员科技活动择优资助项目（20220015）；
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谷子（Setaria italic（L.）P.Beauv.）起源于中国,是我国主要的杂粮作物之一,干旱胁迫是干旱、半干旱地区谷子减产的重要因素。研究发现,不同谷子品种间的抗旱能力也存在显著差异,因此提高谷子对干旱胁迫的耐受性是谷子生产和发展的迫切需求。本研究将348份谷子核心种质资源进行苗期自然干旱胁迫处理,通过测定苗期株高、叶绿素相对含量、叶片相对含水量和叶片厚度相关指标并进行相关性分析。采用主成分分析方法和抗旱隶属函数法计算抗旱综合评价值D值,评价不同谷子材料的抗旱等级。4个抗旱指标性状结合群体基因型数据进行全基因组关联分析,筛选出与谷子苗期干旱胁迫相关的SNP位点,然后,再根据SNP位点信息筛选出与谷子干旱胁迫显著相关的抗旱候选基因。通过测定不同播期不同叶位的谷子叶片厚度,再结合群体基因型数据进行全基因组关联分析,筛选出与谷子叶片厚度相关的候选基因。筛选不同播期中谷子叶片薄厚的10个极端材料进行抗旱性鉴定,鉴定谷子叶片厚度与抗旱性之间的关系。结果如下:1、表型变异和相关分析谷子苗期四个性状（株高、叶绿素相对含量、叶片厚度、叶片相对含水量）的变异系数范围是10.4%-47.9%,变异系数均大于10%,变异较大。四个抗旱性状的相关性分析表明,在两种水分状态下,株高和叶绿素相对含量、叶片厚度两两之间互为极显著正相关。在干旱胁迫条件下,株高、叶绿素相对含量、叶片厚度、叶片相对含水量与D值均呈极显著正相关。株高、叶绿素相对含量、叶片厚度、叶片相对含水量的抗旱系数与D值也呈显著正相关。2、抗旱种质资源评价对4个抗旱相关性状（株高、叶绿素相对含量、叶片厚度、叶片相对含水量）进行主成分分析,结果显示:叶绿素相对含量和叶片厚度的主成分累积贡献率达到了88.97%,故叶绿素相对含量和叶片厚度可成为鉴定谷子苗期抗旱性的重要参考指标。采用抗旱隶属函数法对谷子苗期抗旱相关性状进行综合评价,并依据D值判断抗旱能力大小,将谷子的抗旱性分为高敏感（0.27-0.42）、敏感（0.42-0.45）、较敏感（0.46-0.47）、中等（0.49-0.57）、抗旱（0.57-0.63）和高抗旱（0.65-0.86）六个等级。3、谷子苗期干旱胁迫相关性状全基因组关联分析对谷子苗期干旱胁迫相关性状的抗旱指数进行全基因组关联分析,结果表明:在叶绿素相对含量、株高、叶片厚度和叶片相对含水量的关联分析中共检测到53个与表型性状相关的SNP位点;通过GO和KEGG数据库对所有SNP位点上下游50 Kb区间内的基因进行功能注释,共筛选预测到9个与谷子苗期抗旱相关性状显著相关的候选基因Si2g08810、Si2g42270、Si2g42350、Si8g13470、Si2g37320、Si3g14910、Si3g26150、Si4g15080、Si4g21850。4、不同播期谷子叶片厚度全基因组关联分析对不同播期不同叶位谷子叶片厚度进行全基因组关联分析,共检测到了101个与叶片厚度性状相关的SNP位点;并通过GO和KEGG数据库对所有SNP位点上下游50 Kb区间内的基因进行功能注释,根据注释信息共预测到5个与叶片厚度显著相关的候选基因Si3g13120、Si2g20580、Si9g12690、Si4g08320、Si8g05210,其中在旗叶叶片厚度和倒二叶叶片厚度的关联分析中预测到一个共同的候选基因Si8g05210。5、不同谷子叶片厚度材料抗旱性鉴定对10个谷子叶片厚度极端材料进行苗期抗旱性鉴定,结果显示:10份谷子材料干旱处理组与对照组相比,RWC和SPAD均表现下降趋势,而MDA含量、POD活性、SOD活性和CAT活性均上升。干旱胁迫处理下,谷子叶片较厚的材料中SPAD、RWC、POD活性、SOD活性和CAT活性的增加都高于叶片厚度较薄的品种,MDA含量的增加则是叶片较厚的材料低于叶片较薄的材料。结果显示,谷子叶片越厚,抗旱能力越强,谷子叶片越薄,抗旱能力越弱。综上所述,本研究对谷子苗期干旱胁迫相关性状进行全基因组关联分析,初步预测了与谷子苗期抗旱相关性状的候选基因9个。对不同播期谷子叶片厚度进行全基因组关联分析,初步预测到5个与叶片厚度性状相关的候选基因。通过对10份谷子叶片薄厚极端材料苗期的抗旱性鉴定,确定了叶片厚度与抗旱性之间的关系。这些结果将为谷子相关性状的改良和优良品种培育提供基础。
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