中国农业科学｜西北农林科技大学农学院杂粮科研创新团队研究谷子不同发育时期株高性状的变化及动态QTL定位

谷子（Setaria italica L.）抗旱耐贫瘠，是旱作生态农业绿色发展的重要作物。谷子株高等农艺性状是影响产量的重要因素，要提高谷子产量，具有理想的株高性状是关键。主茎是谷子生长发育的基础，株高是用来衡量植株长势的重要指标，研究该性状有助于对谷子品种株型进行筛选优化。株高太高易引起倒伏，进而影响产量和品质；株高过低则会抑制植株中下部分的光合作用、呼吸等生理功能。谷子株高属于多基因控制的数量性状，遗传基础复杂，易受环境影响，表现型与基因型之间没有明确的对应关系。研究植株高度在不同生育时期相关基因/QTL的遗传效应，比仅在生育末期进行QTL分析可获得更多遗传信息，对于调控株高和理想株型育种具有重要意义。

近期，西北农林科技大学农学院/旱区作物逆境生物学国家重点实验室杂粮科研创新团队完成的题为“谷子不同发育时期株高性状的变化及动态QTL定位”的研究在《中国农业科学》2024年第57卷18期正式发表。

以1个含有215份家系的重组自交系群体YRRIL为研究对象，于2023年5月分别在陕西榆林和陕西米脂2个环境下种植YRRIL群体并分别在苗期、拔节期、孕穗期、抽穗期和成熟期等5个时期测定各家系的株高性状表型值，结合YRRIL群体的遗传连锁图谱，对谷子株高性状在不同生育时期进行遗传分析和动态QTL定位，鉴定控制谷子株高的非条件QTL和条件QTL。在此基础上，以基因本体论（GO）富集和京都基因与基因组百科全书（KEGG）富集分析方法对重要QTL进行候选基因预测。

在整个生育期谷子株高增长趋势呈“S”型曲线，拔节期至孕穗期，株高生长速度较快，是株高发育的关键阶段。2个环境下，不同时期群体各家系株高均表现连续分布。

不同生长阶段谷子YRRIL群体在2个环境的株高净增长量柱状

2个环境5个时期共检测到86个与株高相关的QTL，分布在谷子基因组全部9条染色体上。包含48个非条件QTL和38个条件QTL，非条件QTL表型贡献率为1.13%—17.49%，其中6个能够在2个生育时期重复检测到，其余均只在一个生育时期检测到；条件QTL表型贡献率为1.97%—14.69%，其中1个能够在2个生育阶段重复检测到，其余均只在一个生育阶段检测到。非条件QTL和条件QTL分析中均不存在能够在3个及以上时期均能检测的QTL。

谷子株高主效QTL在基因组上的分布

2个环境下非条件QTL和条件QTL分析共检测到12个主效QTL，其中6个QTL为本研究新发现的主效位点。对主效QTL区间内的基因结合同源基因功能注释预测分析，筛选出14个可能与谷子株高相关的候选基因，其中Seita.1G242300.1、Seita.6G110200.1和Seita.7G143300.1等均能直接调控株高发育。

谷子株高主效QTL区间GO和KEGG富集分析

综上，2个环境下，谷子整个生长发育过程中检测到大量QTL参与株高性状的表型调控，79个（91.86%）在其中1个时期起作用，7个（8.14%）在其中2个时期起作用，不存在3个及以上时期均检测到的QTL，有12个主效QTL。利用非条件和条件分析方法检测到的QTL各占55.81%和44.19%，16个（18.60%）既是非条件QTL又是条件QTL。不同时期控制株高发育的QTL效应不同，其中苗期较小，拔节期至抽穗期普遍较大。

该研究获得国家重点研发计划（2023YFD1202700，2023YFD1202704）、陕西省重点研发计划（2023-ZDLNY-06）的资助。

论文链接：

《谷子不同发育时期株高性状的变化及动态QTL定位》

引用本文：

刘得隆, 李世如, 王传星, 郭淑青, 马智秀, 武泳江, 韩慧冰, 李玉洁, 张盼盼, 杨璞. 谷子不同发育时期株高性状的变化及动态QTL定位[J]. 中国农业科学, 2024, 57(18): 3533-3550.

LIU DeLong, LI ShiRu, WANG ChuanXing, GUO ShuQing, MA ZhiXiu, WU YongJiang, HAN HuiBing, LI YuJie, ZHANG PanPan, YANG Pu. Phenotypical Variation and Dynamic QTL Mapping of Plant Height in Foxtail Millet at Different Developmental Stages[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2024, 57(18): 3533-3550.