叠氮化钠诱变创制燕麦突变体库：表型与遗传多样性特征解析及育种应用

为解决燕麦遗传基础狭窄和育种材料匮乏问题，研究人员开展叠氮化钠(SA)化学诱变研究，系统评估了SA浓度与处理时间对发芽率、致死率的影响（LD50>10 mmol·L-1），从M2-M3群体中筛选出叶形、穗型、种子性状等6类突变体（最高突变频率23.73%），结合SSR标记揭示高多态性（PIC 0.27-0.80），为燕麦功能基因组学和育种提供宝贵资源。

　　

燕麦作为全球重要的粮饲兼用作物，因其适应性强和营养价值高而备受青睐。然而，自花授粉特性与现代品种遗传基础狭窄严重限制了其育种突破。面对这一挑战，化学诱变技术成为拓宽遗传多样性的有效手段。其中，叠氮化钠(Sodium Azide, SA)作为一种高效化学诱变剂，能诱导A/T→G/C碱基置换，在多种作物中成功创制突变体库，但在燕麦尤其是饲用燕麦中的应用仍待深入探索。

为填补这一空白，Lin等人在《BMC Plant Biology》发表了最新研究，系统解析了SA诱导燕麦突变体的表型与遗传多样性特征。研究人员以两个燕麦品种（Everleaf和709）为材料，通过优化SA处理参数（浓度5-20 mmol·L^-1，时间1-3小时），评估了发芽动态、幼苗生长抑制效应及致死率，进而通过多世代（M₁-M₃）田间表型筛选和SSR分子标记分析，揭示了突变谱系、遗传结构及育种潜力。

研究主要采用以下关键技术方法：

1. 1.
   SA化学诱变处理：使用pH 3.0磷酸缓冲体系配制SA溶液，处理预浸种种子；
2. 2.
   多世代田间筛选：从M₁代测定农艺性状变异系数（CV），M₂-M₃系统鉴定突变类型；
3. 3.
   SSR分子标记分析：筛选10对多态性引物，通过PCR、非变性PAGE电泳及基因分型技术，计算多态性信息含量（PIC）、遗传距离和群体结构（使用STRUCTURE、UPGMA和PCoA分析）；
4. 4.
   统计方法：采用ANOVA、Nei’s遗传多样性分析和AMOVA评估变异来源。

结果与发现

SA处理显著抑制发芽并诱导表型变异

高浓度SA（>10 mmol·L^-1）导致发芽率急剧下降（致死率>60%），M₁代农艺性状变异系数高达90.80%（主穗种子重量）。通过767个M₂-M₃突变体筛选，鉴定出6类突变表型，其中叶形变异最常见（1.02%），其次为种子性状（0.39%）。

突变体库涵盖多类型农艺性状变异

研究在Everleaf和709中分别获得405和61个稳定突变体，包括：

• •
  叶部突变：皱缩叶、螺旋叶、宽叶、卷叶、直立旗叶等（图4B-N）；
• •
  株型与穗型变异：矮秆/高秆、早花/晚花、紧穗/散穗、单秆/多蘖（图5）；
• •
  种子性状突变：单粒/三粒小穗、白色/黑色种子、芒性变异（图6）；
• •
  多性状叠加突变：如矮秆+宽叶+穗型变化（图7）。

SSR标记揭示高遗传多样性

10对SSR引物检测到60-100%多态位点，PIC值0.27-0.80，等位基因数3-9个/位点。PCoA和UPGMA聚类将293份突变体分为4个遗传群组，AMOVA显示88%变异源于个体内。STRUCTURE分析确认Everleaf突变体遗传多样性更高（图9）。

结论与意义

该研究成功建立燕麦SA化学诱变技术体系，首次在饲用燕麦中创制了大规模、高多样性的突变体库。突变体涵盖叶片形态、株高、穗型、种子特性等多类型性状，且SSR标记证实了基因组水平变异，为燕麦功能基因挖掘（如芒发育、穗粒数调控）和育种提供了直接材料。其中低浓度SA（5 mmol·L^-1）短时处理诱导突变效率最高，突破了传统LD₅₀策略的局限。研究成果对解决燕麦遗传资源狭窄问题、加速性状改良具有重要实践意义，同时为其他禾谷类作物化学诱变研究提供了范式参考。