珍珠粟饲用品质性状的QTL定位与候选基因鉴定研究

为解决全球优质饲草短缺问题，国际半干旱热带作物研究所等机构的研究人员通过构建双亲本群体，利用755个SNP标记进行连锁图谱构建，鉴定出与珍珠粟饲用品质相关的24个QTLs，发现S6_234379851-S6_64109715区间与IVOMD、CP、ME等性状显著关联。通过表达分析鉴定出BHLH148、细胞色素P450等9个调控木质素途径的关键基因，为分子标记辅助育种提供了靶点。该研究首次系统解析珍珠粟饲用品质的遗传基础，对干旱地区畜牧业的可持续发展具有重要意义。

　　在全球气候变化和人口增长的背景下，畜牧业面临着优质饲草短缺的严峻挑战。珍珠粟（Pennisetum glaucum）作为一种耐旱性强、生物量高的C₄作物，其茎叶富含蛋白质（9.01-9.15%）、钙磷等矿物质，且氢氰酸和草酸等抗营养因子含量低，是半干旱地区重要的粮饲兼用作物。然而，当前珍珠粟饲用品质的遗传机制尚不明确，特别是影响消化率的关键因素——细胞壁组分（纤维素、半纤维素和木质素）的调控网络缺乏系统研究。这严重制约了高消化率品种的选育进程。

为破解这一难题，国际半干旱热带作物研究所联合旁遮普农业大学的研究团队在《BMC Plant Biology》发表了突破性研究成果。他们采用双亲本群体（Jakhrana S8-28-2-P4 × RIB 335/74-P1）结合多环境表型鉴定策略，在印度卢迪亚纳和阿博哈尔两个生态区对274个重组自交系（RIL）群体进行了系统研究。研究主要运用了以下关键技术：1）基于GBS（基因分型测序）技术构建高密度SNP连锁图谱；2）采用体外有机物消化率（IVOMD）等5项指标量化饲用品质；3）通过qRT-PCR进行时空表达谱分析；4）利用PLANTPAN等工具预测顺式调控元件；5）采用最大似然法构建跨物种系统发育树。

研究结果揭示了多个重要发现：

1. 表型变异分析：群体在IVOMD（41.49-75.51%）、NDF（42.99-90.94%）等性状上呈现显著变异（p<0.01），且IVOMD与CP（r=0.63）、ME（r=0.65）呈正相关，与NDF（r=-0.62）负相关。高遗传力（h²=0.93-0.99）表明这些性状主要受遗传控制。

2. QTL定位：共鉴定出24个QTL，其中LG6上的S6_234379851-S6_64109715区间同时控制IVOMD（R²=38%）、CP（21%）和ME（26%）三个关键性状。该区间包含1,962个基因，其中27个与细胞壁合成相关。

3. 候选基因鉴定：表达分析发现BHLH148、细胞色素P450（Cytochrome P450）、NAC92等9个基因在亲本间差异表达。特别是在生殖期，RIB中这些基因上调表达与其高消化率表型相关。启动子分析显示这些基因含有MYB、WRKY等调控元件。

4. 通路解析：细胞色素P450催化对香豆酸转化为咖啡酸，是木质素三种单体合成的关键节点。NEDD8-AXR1和PLIM2c参与细胞壁组分运输，而NAC转录因子调控次生壁沉积。

这项研究首次绘制了珍珠粟饲用品质的遗传图谱，揭示了木质素合成通路的核心调控网络。发现的QTL区间和候选基因为分子标记开发提供了靶点，通过降低木质素含量（不影响生物量）可提升IVOMD 1%，预计能使牲畜生产力提高6-8%。该成果对缓解干旱地区饲草危机、保障畜牧业可持续发展具有重要战略意义。未来研究可进一步验证这些基因的功能，并将其应用于标记辅助选择育种体系。