γ射线诱变在饲用高粱IS 33,871中创制遗传变异及精英突变体的表型与分子鉴定

《Scientific Reports》：Gamma ray-induced phenotypic variability and mid-density SNP-based mutation characterization in forage sorghum (Sorghum bicolor L. Moench) genotype IS 33,871

　　

摘要

高粱是一种重要的兼用作物，既可收获籽粒也可作为饲草栽培，尤其在干旱和半干旱地区。然而，有限的遗传变异性制约了饲用生物量及相关农艺性状的选择改良。本研究评估了γ射线诱变在饲用高粱基因型IS 33,871中产生表型和分子变异性方面的有效性。初步评估了4个高粱基因型的辐射敏感性以估计50%生长抑制剂量（GR₅₀），并选择相对耐辐射的基因型IS 33,871在300 Gy剂量下进行大规模辐照。对M₂群体的评估显示叶绿素突变频率为1.15%，证实了诱变诱导成功。农艺形态学性状和生物量相关性状表现出显著变异。生物量鲜重、生物量干重、茎粗、病害评分和穗长表现出高广义遗传力及高遗传进展，表明其具有通过表型选择进行有效改良的潜力。相关性分析、主成分分析、层次聚类分析和标准偏差（Z分数）分析鉴定出兼具优异生物量积累、良好株型结构和降低病害严重程度的精英突变体。对270个M₂个体进行中等密度SNP基因分型，在16个突变体中鉴定出390个纯合突变特异SNP，涉及115个多态性位点。诱变谱以转换突变为主，但不同突变体之间的突变负荷存在显著差异。功能注释将鉴定的SNP与参与生长、发育、胁迫信号转导、代谢和细胞调控的基因相关联。这些结果表明，将表型评估与基于SNP的分子表征相结合，为鉴定有价值的遗传资源和通过诱变育种加速饲用高粱改良提供了一种有效策略。