優(yōu)異高粱雄性不育系01-26A的組配降稈效應(yīng)及其分子機(jī)理

鄒劍秋，王艷秋，李金紅，朱凱

優(yōu)異高粱雄性不育系01-26A的組配降稈效應(yīng)及其分子機(jī)理

鄒劍秋，王艷秋，李金紅，朱凱

（遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院高粱研究所，沈陽 110161）

【】高粱機(jī)械化生產(chǎn)是未來發(fā)展的必然方向，而合理的株型是機(jī)械化生產(chǎn)的基礎(chǔ)與關(guān)鍵。育種過程中發(fā)現(xiàn)，矮稈雄性不育系01-26A具有和現(xiàn)有粒用高粱恢復(fù)系組配F1都能降低株高的獨特優(yōu)勢，是一個極其難得的株型調(diào)控材料。因此，對其株高遺傳效應(yīng)及調(diào)控基因位點進(jìn)行研究，旨在探明其株高矮化遺傳機(jī)理和調(diào)控機(jī)制，以期應(yīng)用遺傳育種手段促進(jìn)高粱株型優(yōu)化提供理論依據(jù)。以具有矮化株高效應(yīng)的01-26A和不具矮化株高效應(yīng)的7050A高粱雄性不育系為試材，重點對其與7個（包括6個粒用和1個甜高粱）恢復(fù)系的雜種F1的株高及節(jié)數(shù)、穗柄下莖稈高度、穗柄長和穗長等相關(guān)參數(shù)的遺傳效應(yīng)進(jìn)行分析，同時對調(diào)控株高基因的位點Dw、Dw和Dw（Dw暫未被克?。┻M(jìn)行測定與分析。高粱雄性不育系01-26A（A1細(xì)胞質(zhì)）具有顯著的矮化粒用高粱株高的效應(yīng)，以其為母本組配的雜種F1株高較以高粱雄性不育系7050A（A2細(xì)胞質(zhì)）為母本組配的雜種F1株高降幅為15.8%，絕對值一般不超過160 cm，而以其為母本組配的甜高粱雜種F1株高降低不明顯，不具矮化效應(yīng)；01-26A矮化株高遺傳效應(yīng)主要表現(xiàn)在雜種F1穗柄下莖稈高度明顯縮短，莖稈中下部節(jié)間長度與株高變化相關(guān)性較高；01-26A雜種F1穗柄長降低是造成株高變矮的另一原因，其效應(yīng)小于穗柄下莖稈高度，而穗長對株高變化的影響很?。煌ㄟ^基因位點的序列和類型分析，確定了01-26A矮化基因Dw—Dw的基因類型，并通過多個雜交組合的株高遺傳數(shù)據(jù)分析，推斷01-26A基因型很可能是dwdwDwDwdwdwdwdw，即三矮高粱不育系；另外，通過對株高調(diào)控基因研究分析，發(fā)現(xiàn)01-26A的dw和dw矮化基因可能對粒用高粱雜種F1株高影響效應(yīng)更大，而Dw的存在是造成其與甜高粱雜種F1株高沒有矮化的內(nèi)在原因。高粱雄性不育系01-26A可能是具有dwdwDwDwdwdwdwdw基因的三矮高粱不育系，可通過降低雜種F1穗柄下莖稈高度（主效）和穗柄長（次效），實現(xiàn)高粱株高的矮化調(diào)控；但其與甜高粱雜交，可能由于Dw的存在，F(xiàn)1并未發(fā)現(xiàn)明顯的矮化效應(yīng)。

高粱；株高；遺傳效應(yīng)；基因位點

0 引言

【研究意義】高粱是中國重要的糧食、飼料作物和釀酒原料，是世界上僅次于小麥、玉米、水稻、大麥的第五大作物，并具有抗旱、耐澇、耐鹽堿、耐瘠薄等多重抗性和強(qiáng)大的雜種優(yōu)勢[1-2]。隨著生產(chǎn)水平的不斷提高，高粱機(jī)械化生產(chǎn)成為未來高粱產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的必然方向，而現(xiàn)階段中國適宜機(jī)械化栽培高粱資源較少，很多優(yōu)良的高粱資源因組配的雜交種株高較高，影響了其利用效率和利用潛力，導(dǎo)致機(jī)械化專用品種選育相對落后，限制了高粱產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步提升[3-5]。因此，開展高粱株高矮化遺傳效應(yīng)及調(diào)控基因位點研究，解析高粱株高的遺傳機(jī)理，以便更加有針對性地應(yīng)用高粱資源，對高粱株高進(jìn)行科學(xué)合理地調(diào)控，促進(jìn)高粱產(chǎn)業(yè)向機(jī)械化和規(guī)?；l(fā)展尤為重要?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】關(guān)于高粱株高的調(diào)控效應(yīng)，學(xué)者們開展了大量研究，曾有報道氣候條件、種植密度和理化調(diào)控等手段會對株高造成較大影響[6]；而更多人從株高遺傳方面開展了研究，有研究認(rèn)為株高受莖稈節(jié)間長度、節(jié)數(shù)、穗柄長和穗長等因素影響[7-9]；也有報道認(rèn)為高粱的株高基因是所有已知的最有用的遺傳因子之一，可使粒用高粱植株變矮，但對甜高粱株高的矮化效應(yīng)并不明晰[10]；ROSS等[11]研究表明高粱株高的調(diào)控基因主要有4個，即—。另外，盧慶善等[12]提出通過選擇具有株高矮化基因的高粱資源與其他資源組配，可顯著降低雜種F1的株高，并且確定了4對非連鎖矮化基因控制高粱株高的遺傳，即高稈與矮稈品種雜交，在雜種一代高稈對矮稈表現(xiàn)為部分顯性，同時將株高分為5個等級：0-矮級、1-矮級、2-矮級、3-矮級、4-矮級。此外，學(xué)者在調(diào)控高粱株高的Dw—Dw4個基因作用效應(yīng)方面開展了研究，指出Dw和Dw在調(diào)控莖稈節(jié)間長度方面效應(yīng)明顯，而作為在高粱上第一個被克隆的矮化基因，除對莖稈節(jié)間長度存在調(diào)控外，還對分蘗數(shù)、抗倒伏和產(chǎn)量性狀具有顯著影響[9]。Dw至今還沒有被克隆，但曾在帚高粱中被檢測到[13]，雖沒有深度報道，但分析可能對穗柄長具有影響，進(jìn)而調(diào)控株高。同時，大量研究表明，株高矮化調(diào)控同時受一個或多個基因共同作用，高粱在株高調(diào)控中往往是由Dw—Dw協(xié)同完成[14]?！颈狙芯壳腥朦c】迄今為止，在已收集到的全世界高粱資源中，雖然資源非常豐富，株高的幅度在55—655 cm，但在資源利用方面還存在很多問題，且先前的研究表明，從株高遺傳研究角度而言，大多數(shù)高粱資源依然是1-矮基因型和2-矮基因型材料[15]，3-矮基因型和4-矮基因型材料相對較少。另外，雖然前人在高粱株高調(diào)控方面開展了許多研究，但仍然缺少株高組配降稈效應(yīng)的系統(tǒng)研究?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究利用育種過程中發(fā)現(xiàn)的具有和現(xiàn)有粒用高粱恢復(fù)系組配F1都能降低株高的矮稈雄性不育系01-26A為株型調(diào)控材料，并且選擇不具矮化株高效應(yīng)的不育系7050A作為對照，系統(tǒng)開展株高矮化遺傳效應(yīng)和調(diào)控基因位點研究。旨在探明01-26A矮化基因關(guān)鍵調(diào)控位點（包括Dw、Dw和Dw，而Dw至今還未被克?。?，解析高粱株高的遺傳機(jī)理，從遺傳角度解決高粱株高矮化調(diào)控問題，促進(jìn)高粱向機(jī)械化、規(guī)模化發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 2個高粱雄性不育系和7個高粱恢復(fù)系 2個高粱雄性不育系，包括具有矮化株高效應(yīng)的01-26A和不具矮化株高效應(yīng)的7050A，其中，01-26A具有一般配合力好、特殊配合力高、高抗絲黑穗病、抗蚜蟲、抗葉斑病、抗旱、抗?jié)?、耐瘠薄、活稈成熟等特點，最重要的是其具有和所有粒用高粱恢復(fù)系組配F1都能降低株高的特性。7個高粱恢復(fù)系，包括粒用高粱恢復(fù)系6個（LNR-4、NK1、0-01、3535、3550和BR92）和甜高粱恢復(fù)系1個（LTR168）。以上9個材料的系譜見表1。

1.1.2 84個雜交種 由2個雄性不育系和7個恢復(fù)系不完全雙列雜交的14個雜交種F1；粒用雜交組合（F1）57個，其中，01-26A與恢復(fù)系雜交組合33個，7050A與與恢復(fù)系雜交組合24個；甜高粱F1雜交組合13個，其中，與01-26A組配7個，與7050A組配6個。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2016—2018年連續(xù)3年在遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究基地進(jìn)行，對2個不育系、7個恢復(fù)系及其不完全雙列雜交形成的14個雜交組合進(jìn)行種植。隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，6行區(qū)，行長3 m，行寬0.6 m，小區(qū)面積10.8 m2，3次重復(fù)。完全抽穗后測定株高和株高參數(shù)，其中株高參數(shù)包括穗柄下莖稈高、穗柄長、穗長、莖稈節(jié)數(shù)和節(jié)間長。

2019年對以上參試材料在遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院人工氣候室（溫度：25℃，濕度：45%，光照12 h/黑暗12 h）進(jìn)行幼苗培養(yǎng)，進(jìn)行矮化基因提取與分析。

此外，2018年對01-26A與粒用恢復(fù)系雜交33個組合、7050A與粒用恢復(fù)系雜交24個組合、01-26A及7050A與甜高粱恢復(fù)系雜交13個組合的株高進(jìn)行了測定，進(jìn)一步驗證01-26A的株高矮化效應(yīng)。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 株高及其參數(shù)測定 待高粱穗完全抽出后，采用伸縮性直尺測定株高，株高測定時去掉邊行，每個高粱品種（品系）測定3株，求其平均值。同時，對2個不育系、7個恢復(fù)系（包括粒用高粱和甜高粱）及其不完全雙列雜交形成的14個雜交組合進(jìn)行株高參數(shù)測定，將每小區(qū)測定株高的3個植株去掉葉和葉鞘，分離穗、穗柄和穗柄下莖稈，分別用直尺測定其長度并求平均值，之后將3年結(jié)果求平均值。

1.3.2 株高基因Dw、Dw和Dw的檢測 在人工氣候室進(jìn)行幼苗培養(yǎng)，六葉期取葉片進(jìn)行矮化基因提取與分析。利用改良CTAB法提取三葉期高粱幼苗DNA，根據(jù)https://phytozome.jgi.doe.gov/pz/portal.html#! search?show=KEYWORD&method=Org_Sbicolor網(wǎng)站公布的調(diào)控株高的基因序列設(shè)計引物（表2），進(jìn)行dw、dw和dw的擴(kuò)增，擴(kuò)增體系為Mix 10 μL primer（100 μmol·L-1）0.5 μL、DNA 0.5 μL和ddH2O 8.25 μL。擴(kuò)增條件為94℃2 min；94℃30 s，55℃ 30 s，72℃ 45 (120) s，32個循環(huán)；72℃10 min。dw和dw的PCR產(chǎn)物送至大連TaKaRa公司測序，然后用DNAman軟件進(jìn)行序列分析。dw的PCR產(chǎn)物進(jìn)行瓊脂糖檢測。

表1 2個高粱雄性不育系和7個高粱恢復(fù)系的系譜

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用DPS7.05和Excel 2007軟件對親本和F1各參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，計算變異系數(shù)（coefficient of variation，）。變異系數(shù)(%)＝/，為雜交F1數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差，為雜交F1數(shù)據(jù)的平均值。

2 結(jié)果

2.1 株高及其參數(shù)遺傳分析

2.1.1 株高遺傳分析 參試的01-26A和7050A 2個高粱雄性不育系與6個粒用高粱恢復(fù)系組配的F1代雜交種株高存在顯著差異（表3）。值得注意的是，01-26A與6個粒用高粱恢復(fù)系組配雜交種株高變幅為141.3—159.7 cm，變異系數(shù)（）為13.6%—22.9%，而7050A組配的雜交種株高變幅為159.6—185.7 cm，為10.9%—23.7%，01-26A組配的粒用高粱F1雜交種株高的平均值比7050A組配的粒用高粱F1雜交種降低了15.8%。說明01-26A對雜種F1具有顯著的矮化效應(yīng)。F1株高與親本關(guān)聯(lián)分析發(fā)現(xiàn)，01-26A組配的粒用高粱F1雜交種株高基本在雙親之間或略高于雙親最高值，而7050A組配的粒用高粱F1雜交種則均表現(xiàn)為高于雙親最高值。

表2 PCR引物擴(kuò)增序列

表3 不育系、恢復(fù)系及其F1株高遺傳效應(yīng)

**：<0.01；*：<0.05；ns：差異不顯著；+：株高在這一范圍；—：株高不在這一范圍；PH：株高。下同

**:<0.01; *:<0.05; ns: difference is not significant; +: the plant height is in this range; —: the plant height is not in this range; PH: plant height. The same as below

與甜高粱恢復(fù)系組成的雜交F1中，01-26A和7050A與甜高粱恢復(fù)系LTR168的雜種F1株高增加明顯，均明顯高于雙親最高值，但二者差異很小。說明01-26A與甜高粱雜交株高遺傳中，沒有明顯的株高矮化遺傳效應(yīng)。

2.1.2 穗柄下莖稈高度遺傳分析 01-26A和7050A與粒用高粱恢復(fù)系組配的F1穗柄下莖稈高度存在顯著差異（表4）。雄性不育系01-26A比7050A穗柄下莖稈高度低35.9%，它們分別與6個粒用高粱恢復(fù)系組配的雜交種F1穗柄下莖稈高度變平均值01-26A比7050A降低19.9%，差異達(dá)極顯著水平，介于雙親之間。說明穗柄下莖稈高度在01-26A矮化株高效應(yīng)中發(fā)揮著重要作用。在01-26A為母本時，除01-26A/NK1外，其他5個粒用高粱組合F1雜交組合穗柄下莖稈高度均介于雙親之間并且高粱兩親本的平均值；7050A與所有粒用組合雜種F1穗柄下莖稈高度均高于親本最高值，與株高遺傳趨勢相一致。在與甜高粱雜交F1中，01-26A和7050A與甜高粱恢復(fù)系雜種F1穗柄下莖稈高度差異不顯著，其變化趨勢與株高遺傳基本一致，進(jìn)一步說明了穗柄下莖稈高度對株高變化的重要作用。

表4 不育系、恢復(fù)系及其F1穗柄下莖稈高遺傳效應(yīng)

+：穗柄下莖稈高度在這一范圍；—：穗柄下莖稈高度不在這一范圍；SP：穗柄下莖稈高度

+: the stalk height under the peduncle is in this range; —: The stalk height under the peduncle is not in this range; SP: the stalk height under the peduncle

2.1.3 穗柄長遺傳分析 穗柄長作為株高的重要組成部分，在01-26A和7050A與粒用高粱恢復(fù)系組配的F1雜交種中變化活躍，01-26A作母本組配的F1穗柄長顯著低于7050A（表5）。01-26A和7050A 2個母本差異不顯著，而在與相同父本雜交F1中，01-26A作母本與粒用高粱組配的F1穗柄長比7050A的F1降低10.7%，且變異系數(shù)較小。說明穗柄長在01-26A矮化株高效應(yīng)中發(fā)揮著重要作用，且效應(yīng)值與株高相近。此外，在01-26A為母本時，與6個粒用高粱恢復(fù)系雜種F1組合穗柄下莖稈高度均高于親本最高值，其遺傳變化大于株高；7050A與所有粒用組合雜種F1穗柄下莖稈高度均高于親本最高值，與株高遺傳趨勢相一致。另外，01-26A和7050A與甜高粱雜交F1中穗柄長差異不顯著，可能是因為這兩個不育系存在相同或相似的調(diào)控穗柄長度的基因。

表5 不育系、恢復(fù)系及其F1穗柄長遺傳效應(yīng)

+：穗柄長在這一范圍；—：穗柄長不在這一范圍；PL：穗柄長

+: the peduncle length is in this range; —: the peduncle length is not in this range; PL: peduncle length

2.1.4 穗長遺傳分析 01-26A和7050A與粒用高粱組配的F1穗長差異不顯著（表6）。2個母本01-26A和7050A穗長差異不顯著，父本相同，01-26A和7050A分別與6個粒用高粱恢復(fù)系組配雜交種F1中，01-26A作母本F1的穗長變幅為28.7—33.4 cm，平均變異系數(shù)（）僅為3.2%，而7050A作母本的F1穗長變幅為26.7—32.2 cm，平均變異系數(shù)（）為4.5%，說明01-26A作母本組配的雜種F1穗長較7050A相對更加整齊，但穗長的變化較穗柄下莖稈高度和穗柄長對雜種F1株高影響相對較小。

2.1.5 莖節(jié)參數(shù)對株高遺傳的影響 不育系01-26A和7050A與粒用高粱組配的F1的節(jié)間長、莖節(jié)數(shù)與株高存在相關(guān)（表7）。分析發(fā)現(xiàn)，01-26A組配的多數(shù)F1中下層和中層節(jié)間長度與株高變化相關(guān)性較大，而與7050A組配的的F1則表現(xiàn)為中上層和上層節(jié)間長度與株高關(guān)聯(lián)密切。所以，分析認(rèn)為01-26A雜交組配的F1株高的矮化效應(yīng)很可能是由于莖稈中下層和中層節(jié)間長度變短所致；而對于甜高粱，01-26A和7050A組配的F1均表現(xiàn)為中層和中上層節(jié)間長度與株高相關(guān)性較大，也和上述結(jié)果相吻合。此外，2個母本無論是與粒用高粱還是甜高粱恢復(fù)系組配的雜種F1均表現(xiàn)出節(jié)數(shù)與株高關(guān)聯(lián)密切。

表6 不育系、恢復(fù)系及其F1穗長遺傳效應(yīng)

+：穗長在這一范圍；—：穗長不在這一范圍；HL：穗長 +: the head length is in this range; —: the head length is not in this range; HL: head length

表7 莖節(jié)相關(guān)參數(shù)對雜種F1株高遺傳的影響

下層：下2節(jié)；中下層：下6節(jié)；中層：下10節(jié)；中上層：下14節(jié)；上層：下18節(jié)

lower: No.2 internode; lower middle: No.6 internode; middle: No.10 internode; upper middle: No.14 internode; upper: No.18 internode

2.2 組配F1雜交種株高矮化效應(yīng)驗證

為進(jìn)一步驗證01-26A的株高矮化效應(yīng)，對01-26A與33個恢復(fù)系、7050A與24個恢復(fù)系的雜種F1親本的株高進(jìn)行了測定與分析（圖1）。通過F1株高分類和出現(xiàn)頻次分析發(fā)現(xiàn)，01-26A組配的雜種F1株高在100—160 cm，且多數(shù)品種株高在140—160 cm；而與7050A組配的雜種F1株高在140—190 cm，多數(shù)品種株高集中在160—190 cm。對這兩個不育系與13個甜高粱恢復(fù)系組配分析發(fā)現(xiàn)01-26A與甜高粱組配的雜種F1株高主要都集中在340—380 cm，7050A與甜高粱組配的雜種F1代株高主要都集中在360—400 cm，與先前（2.1.1）的研究結(jié)果相吻合。通過驗證進(jìn)一步說明01-26A可顯著降低雜種F1粒用高粱的株高，但對甜高粱沒有矮化株高的效應(yīng)。

圖1 組配F1雜交種株高矮化效應(yīng)驗證

2.3 株高矮化基因位點研究

2.3.1 高粱Dw序列分析 為進(jìn)一步分析01-26A對粒用高粱雜種F1株高的矮化效應(yīng)和對甜高粱雜種F1株高無矮化效應(yīng)的作用機(jī)制，對試驗材料進(jìn)行了矮化基因檢測。分析發(fā)現(xiàn)雄性不育系01-26A和7050A、7個恢復(fù)系（6個粒用、1個甜高粱）以及它們組配的F1雜交種在Dw位點上存在差異（圖2）。01-26A作為母本，在Dw基因組序列中第1 350位上堿基由A突變?yōu)門，造成Dw發(fā)生突變，即01-26A具有矮化基因dwdw，而與之組配的6個粒用高粱恢復(fù)系（LNR-4、NK1、0-01、3550、3535、BR92）除3550基因型發(fā)生突變（由A到T）為dw外（01-26A與3550雜種F1基因型dwdw，表型矮稈），其他5個品系基因型均為DwDw，與之組配的雜交種基因型均為雜合，即Dwdw，由于在雜種F1高粱高稈對矮稈表現(xiàn)為部分顯性[12]，因此，01-26A對F1的株高矮化起到了一定的作用，此結(jié)果也與株高表型（2.1.1和2.2）的研究結(jié)果相呼應(yīng)。01-26A與甜高粱恢復(fù)系雜交F1基因型為Dwdw，株高表現(xiàn)為小幅下降。7050A作為母本，在基因組第1 350位上堿基未發(fā)生突變，所以其基因型為DwDw，不具矮化基因，除與3535雜種F1基因型Dwdw外，與其他恢復(fù)系（包括粒用和甜高粱）雜交F1的基因型均為DwDw，所組配組合表現(xiàn)為株高普遍高于01-26A組配的雜交組合，與表型結(jié)果相吻合。

2.3.2 高粱Dw序列分析 由圖3可以看出，在Dw基因組第549位上，01-26A堿基序列GA并未缺失（GA缺失為dw突變的特征位點），說明01-26A基因型為DwDw，而其他所有參試恢復(fù)系組配F1雜交種（粒用和甜高粱）除恢復(fù)系0-01發(fā)生基因缺失雜合（導(dǎo)致雜種F101-26A/0-01為Dwdw外，其他F1雜交種基因型均為DwDw。7050A在Dw位點的基因型與01-26A相同（DwDw），其組配的F1雜交種與01-26A一致，所以Dw在這兩個不育系雜交F1組合株高矮化調(diào)控中沒有起到明顯作用。

圖2 高粱Dw1位點分析

**：基因缺失；··：雜合 **: gene deletion; ··: heterozygosity

2.3.3 高粱Dw位點分析 矮化基因Dw在第五外顯子插入882 bp的重復(fù)序列，使其變成dw，基因片段大小由1 450 bp變?yōu)? 330 bp。由圖4、表8可以看出，01-26A（第17泳道）和7050A（第8泳道）在Dw位點基因型均為dwdw，而參試恢復(fù)系LNR-4、3550和BR92為野生型（DwDw），其他恢復(fù)系均為突變型（dwdw）。從Dw位點角度分析發(fā)現(xiàn)01-26A與粒用雜交組合01-26A/3550、01-26A/BR92、01-26A/LNR-4及甜高粱雜交組合01-26A/LTR168基因型均為Dwdw，此研究結(jié)果與先前（2.1.1和2.2）株高表型的研究結(jié)果基本吻合；而7050A與粒用雜交組合7050A/NK1、7050A/3535和7050A/3550基因型均為dwdw，其他組合基因型為Dwdw，也與基因株高表型變化（2.1.1和2.2）基本一致。綜上所述，01-26A的dwdw在對雜種F1株高矮化調(diào)控中發(fā)揮了重要作用。而01-26A和7050A與甜高粱恢復(fù)系雜交組配均為Dwdw，也進(jìn)一步解釋了2個母本組配的甜高粱雜交種均表現(xiàn)為高稈的內(nèi)在原因。

2.3.4 矮化基因型及平均株高 對參試的2個雄性不育系、7個恢復(fù)系和其組配形成的14個雜交種的基因型和平均株高進(jìn)行分析（表9）。發(fā)現(xiàn)01-26A和7050A的基因型相同，均為DwDw；01-26A的和矮化基因型分別為dwdw和dwdw。而7050A的Dw基因型為DwDw，基因型為dwdw，其組配的粒用雜交組合的平均株高總體高于01-26A組配的雜交種。此外，尚未被克隆，沒有檢測，但其基因型很可能也與F1株高密切相關(guān)。

3 討論

株高作為高粱群體構(gòu)成和機(jī)械化生產(chǎn)的重要指標(biāo)備受人們的關(guān)注，而通過遺傳手段矮化株高是調(diào)控株高最有效、最穩(wěn)定的手段之一[16]。本研究通過將01-26A與粒用高粱和甜高粱恢復(fù)系雜交，對親本和組配F1雜交種的株高進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)該材料可顯著降低粒用雜種F1的株高，而對甜高粱雜種F1株高沒有顯著的矮化效應(yīng)。此研究結(jié)果與管延安等[17]對普通高粱與甜高粱雜交組合株高主基因多基因模型遺傳效應(yīng)研究得出的株高遺傳變化趨勢基本一致，李延玲等[18]對高粱株型性狀數(shù)量遺傳分析也得出類似的結(jié)論。此外，Olson等[19]研究認(rèn)為，株高是高粱株型調(diào)節(jié)的關(guān)鍵農(nóng)藝性狀，通過遺傳改良株高是高粱矮化育種的必然方向，與本研究結(jié)果相吻合。

表8 Dw3檢測序號及對應(yīng)品系/組合

表9 矮化基因型及其平均株高

因為w4尚未被克隆，沒有檢測，故表中未作標(biāo)記 Becausew4has not been cloned yet, there is no detection, so the table is not marked in table

1、2、3、7、9、10、12、13、14、20、21和23泳道片段大小為1263 bp，其他片段大小為2145 bp

本研究通過遺傳分析認(rèn)為01-26A矮化株高遺傳效應(yīng)主要表現(xiàn)在雜種F1代穗柄下莖稈高度明顯降低，同時穗柄長降低也是造成株高變矮的重要原因，穗長對株高變化的影響很小。此研究結(jié)果與MULTANI[20]對高粱株高調(diào)控的研究結(jié)果相一致；Ordonio等[21]以粒用高粱對高粱葉夾角、株高、穗長、平均莖節(jié)長度遺傳分析也得出類似的結(jié)論。有研究認(rèn)為，小麥株高與其構(gòu)成因素呈極顯著遺傳正相關(guān)，株高構(gòu)成因素對株高的作用大小依次為倒一節(jié)>倒二節(jié)>倒三節(jié)>倒五節(jié)>倒四節(jié)>穗的結(jié)論[22]，此結(jié)果與本研究結(jié)果基本吻合，但影響的節(jié)間位置略有差異，可能是由于作物不同，植株高度差異和分蘗數(shù)不同所致。

前人已經(jīng)有過報道，高粱株高的調(diào)控基因主要有、、和，株高矮化是這4個基因以及其他未知基因共同作用的結(jié)果[23-25]。雖然本研究中通過對01-26A矮化基因型的檢測確定其基因型為Dwdw，對沒有檢測，但鑒于其與30余個恢復(fù)系雜交F1均為株高降低的表型數(shù)據(jù)分析，尤其是穗柄長度的分析（較7050A組配的雜交組合顯著降低），可推斷01-26A位點很可能為，即01-26A的基因型為dwDwDwdwdwdwdw，即3-矮高粱雄性不育系。而7050A很可能是DwDwDwdwdwdwdw的2-矮不育系。此推斷與前人通過隱性等位基因在Milo系中鑒定出和，而在Kafir背景中鑒定了的隱性等位基因的論斷基本一致[26-28]。本研究還發(fā)現(xiàn)，01-26A的和在其雜種F1株高矮化調(diào)控方面發(fā)揮了重要作用，可促使莖稈中下部節(jié)間變短從而降低株高。此結(jié)果與Jia等[29]研究并提出的和具有降低株高的效應(yīng)，但作用效應(yīng)值更大的結(jié)果相吻合；但與THURBER等[30]研究并指出的在高粱株高調(diào)控中起著關(guān)鍵作用，中部莖稈影響程度最大，莖稈受影響程度較大的結(jié)果略有差異，可能是選用矮化材料差異所致，也可能是幾個基因互作差異所致。截至目前，雖然還沒有被克隆，報道也很少，但普遍認(rèn)為影響高粱穗柄長[31]。

控制高粱株高的基因除Dw—Dw外，還可能受其他基因或其他內(nèi)在因素的調(diào)控，尚需進(jìn)一步研究；同時本研究采用的高粱恢復(fù)系類型有限，通過01-26A與更多矮化基因型和更多種類恢復(fù)系雜交組配進(jìn)行株高矮化效應(yīng)分析還有待于進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

高粱雄性不育系01-26A確定含有dwDwDwdwdw3對基因，同時通過其大量株高矮化效應(yīng)驗證，推斷其很可能具有，即為基因型dwDwDwdwdwdwdw的三矮高粱不育系。01-26A具有和大多數(shù)粒用高粱恢復(fù)系組配都能矮化雜種F1株高的遺傳效應(yīng)，可主要通過降低雜種F1中下部節(jié)間長度和穗柄長度降低F1株高，實現(xiàn)對高粱株高的矮化調(diào)控，但其與甜高粱恢復(fù)系雜交未發(fā)現(xiàn)其具有明顯矮化效應(yīng)。

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Dwarfing effect and molecular mechanism of an elite sorghum Male sterile line 01-26A in its hybrids

ZOU Jianqiu, WANG Yanqiu, LI Jinhong, ZHU Kai

(Sorghum research institute, Liaoning Academy of Agricultural Sciences, Shenyang 110161)

【】The mechanized production of sorghum is the inevitable direction of future development, and the ideal plant type is the basis and key factor for mechanized production. The dwarf male sterile line 01-26A was found a unique effect in reducing the plant height in F1generation when crossed with available grain sorghum restorer lines. Therefore, a study was conducted to determine the genetic mechanism and regulation mechanism of plant height dwarfing by its genetic effects and regulatory gene loci. 【】This study used sorghum male sterile line 01-26A (A1cytoplasm) with dwarf plant height effect and sorghum male sterile line 7050A (A2cytoplasm) without dwarf plant height effect as the test material, focusing on 7 restorer lines, including 6 grain restorer lines and 1 sweet sorghum restorer line, and their cross F1generation hybrids, the genetic effects of plant height, number of nodes, the total internode length under peduncle, the peduncle length and the head length were analyzed, the gene loci oftorelated with the plant height were also measured and analyzed.was not included because it had not been cloned.【】the male sterile line 01-26A had a significant dwarf effect on the plant height of grain sorghum, and its hybrids is 15.8% lower than that of the 7050A, generally, the absolute value of plant height did not exceed 160 cm. The plant height of F1generation derived from 01-26A with sweet sorghum restorer line had not been obviously reduced, so it had not dwarf effect on sweet sorghum hybrid. The genetic dwarf effect of 01-26A was mainly manifested in the shortening of the internode length under peduncle, and the internode length under peduncle has more correlated with the plant height variation. The peduncle length reduction of F1crossed by 01-26A with restorer lines is another reason of plant becoming shorter, but the effect was less than that of the internode length under peduncle. While the head length had much little effect on plant height variation. The dwarf genotype (to) of 01-26A was determined by PCR and sequencing ofDwtoDwgenes. And combined the analysis of plant height genetic data of multiple cross combinations, the plant height genotype of 01-26A was deduced to bedwdwDwDwdwdwdwdw,a 3-dwarf sorghum sterile line. In addition, by the analysis of plant height regulation genes, we found that theandof 01-26A may had a greater effect on the plant height of grain sorghum, while the presence of DW2was the immanent cause for not dwarfing on sweet sorghum F1.【】 01-26A was likely to be a 3-dwarf sorghum male sterile line with the genotype ofdwDwDwdwdwdwdw. It could achieve dwarf regulation of its F1by reducing the internode length (main effect) and the peduncle length (secondary effect). However, 01-26A, had not been found obvious dwarfing effect when crossed with sweet sorghum, which may be due to the presence of.

sorghum; plant height; genetic effect; gene locus

10.3864/j.issn.0578-1752.2020.14.006

2019-07-31；

2019-09-22

國家重點研發(fā)計劃（2019YFD1001704/2019YFD1001700）、國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（CARS-06-13.5-A11）、遼寧省中央引導(dǎo)地方項目（2018416023）

鄒劍秋，E-mail：jianqiuzou@126.com。通信作者朱凱，E-mail：zhukai72@163.com

（責(zé)任編輯 李莉）