【摘 要】
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谷子是我国古老而重要的杂粮作物,其脱壳后为小米,小米具有丰富的营养价值。米色能够直观地反应小米品质的优劣,类黄酮作为植物中主要的黄色素之一,其独特的生物活性为小米品质做出了贡献。本研究结合代谢物的全基因组关联分析（metabolome genome-wide association study,m GWAS）和加权基因共表达网络分析（weighted gene co-expression netw
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目（31771810、32070366、32170397）； 国家自然科学基金 区域创新发展联合基金重点支持项目（U21A20216）； 山西省应用基础研究 面上青年基金项目（201901D211362）； 山西省优秀博士来晋工作奖励资金科研项目（SXYBKY201738
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谷子是我国古老而重要的杂粮作物,其脱壳后为小米,小米具有丰富的营养价值。米色能够直观地反应小米品质的优劣,类黄酮作为植物中主要的黄色素之一,其独特的生物活性为小米品质做出了贡献。本研究结合代谢物的全基因组关联分析（metabolome genome-wide association study,m GWAS）和加权基因共表达网络分析（weighted gene co-expression network analysis,WGCNA）两种方法定位了谷子类黄酮代谢相关基因。利用分子生物学手段对关键候选基因Si UDPGT进行了验证,为后续研究提供了借鉴。主要研究结果如下:（1）不同品质谷子品种的类黄酮代谢差异:对五个不同品质的代表性品种进行类黄酮代谢组学检测,共检测到116种类黄酮代谢物。通过比较分析发现,品种间的类黄酮代谢存在较大差异,差异代谢物主要分布于类黄酮生物合成通路,以及黄酮、黄酮醇特异性合成通路。此外,在不同谷子品种中均鉴定出了特异性的类黄酮物质。（2）全基因组关联分析定位谷子类黄酮相关候选基因:通过分析360份谷子自然群体成熟籽粒中类黄酮代谢物的含量,发现其在谷子中存在广泛变异。结合3.82×10~6个高质量SNP数据,对10种关键类黄酮代谢物进行全基因组关联分析,在-log10（P）＞6的阈值下检测性状-标记的显著关联位点。分布在其LD-block区间且具有单倍型差异效应的共有58个基因,其中有12个基因编码的蛋白具有糖基转移酶或转移酶活性,参与代谢过程,4个基因编码的蛋白与植物UV保护、响应高光强等非生物胁迫相关。（3）构建类黄酮代谢转录调控网络:利用晋谷21号不同组织时期的转录组数据进行了WGCNA分析,对类黄酮基因分布最多的4个模块构建基因调控网络。结果发现,除已研究证实的MYB、b HLH、b ZIP等家族的转录因子成员在类黄酮转录调控过程中发挥作用外,B3、Trihelix、ARF等转录因子成员可能也参与类黄酮的生物合成与调控。（4）候选基因的验证:利用qRT-PCR对候选基因SiUDPGT进行表达分析,发现在代谢物含量较高的品种中,基因的相对表达量较高。还获得了水稻过表达阳性植株。上述结果不仅为我们理解谷子籽粒类黄酮代谢及遗传变异提供了线索,为谷子类黄酮代谢的研究提供了相关候选基因,同时还为谷子品质育种提供了可能的育种材料。
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