高粱是世界第五大谷类作物,一直以来,我国高粱依赖进口维持供给需求,因此提高高粱产量对保证国内经济至关重要。目前理想株型育种是提高高粱产量的重要途径。高粱叶片形态建成对株型育种起着至关重要的作用,直接影响着植物的光合速率,进而影响产量。随Incidental genetic findings着分子生物学技术的迅速发展,有利基因的利用成为株型改良育种的重要手段,挖掘出高粱中更多与叶片直立有关的基因对叶片形态建成的分子机制以及理想株型育种有着极其重要的意义。本研究是利用0.1%的EMS(Ethyl MethanesulfEmricasanonate)诱变野生型高粱BTX623得到一株叶片形态直立的可稳定遗传的突变体el1(erect leaves 1)。对直立叶突变体el1和野生型植株BTX623进行表型鉴定和农艺学性状分析;并利用直立叶突变体el1分别与野生型BTX623和高粱野生叶片披散型品种TX430植株杂交和自交,用于构建遗传分析群体和基因定位群体。研究结果如下:(1)直立叶突变体el1表型鉴定和农艺学性状分析高粱直立叶突变体el1具有叶片直立、株型紧凑、茎秆细长、穗小等特点。自6叶期,突变体el1叶片直立表型明显,叶片向内微卷,且上表皮开始出现褶皱。孕穗期后,突变体el1植株较野生型BTX623植株株高差异显著,茎秆更为细长。开花期调查突变体el1和BTX623植株倒2至倒8叶叶长、叶宽及叶夹角,除倒8叶叶宽无较大差异,突变体el1倒2至倒7叶叶片相关性状极显著减小;且同时期突变体el1植株的叶耳、叶枕较野生型更小;成熟期后观察到突变体el1植株穗部更小,分析突变体el1植株与野生型BTX623植株穗部相关农艺学性状以及生育期发现,突变体el1一级枝梗数、每穗粒数较野生型BTX623相应性状均极显著减小;两者穗长差异极显著,其它穗部相关农艺性状差异不明显;比较突变体el1植株与野生型BTX623植株发育至开花期时间,两者平均相差7d左右。(2)直立叶突变体el1遗传学分析突变体el1与野生型BTX623正反交确认细节所获F1所有个体均表现为野生披散叶表型,正反交获得F1个体分别自交获得F2分离群体中,叶片披散表型和叶片直立表型个体分离比均接近3:1,符合孟德尔遗传定律,说明使高粱叶片直立的突变基因是1对隐性细胞核基因。(3)直立叶突变体el1突变基因的定位和克隆本研究通过Super-BSA变异检测分析共得到3555905个SNP位点和642573个In Del位点。通过SNP-index关联分析将突变基因el1初定位在3号染色体66600000-72500000范围内约5.9Mb。利用初定位区间内开发得到的多态性分子标记,将突变基因精细定位在T8和ZC1两个标记间的0.19Mb区间内。该区间内共有26个候选基因。依据候选基因CDS序列分段设计26对特异性扩增引物,以直立叶突变体el1的DNA为模板对首批6个候选基因进行分段克隆,确定突变基因el1;此突变基因为单碱基突变,突变基因el1CDS序列全长为1191个bp,其中第271位点的C突变成T,即CAG(谷氨酰胺)突变为TAG(终止密码子),造成el1基因转录提前终止,确定该基因为突变基因,并克隆突变基因el1。(4)突变基因el1生物信息学分析根据高粱基因网站phytozome(Phytozome info:S.bicolor v3.1.1(doe.gov))提供的突变基因el1的氨基酸序列、CDS序列及启动子序列,对启动子、编码蛋白质亚细胞定位、结构、亲疏水性及同源进化关系进行分析。经分析表明:突变基因el1启动子中包含Sp1、G-box、ATC-motif、GARE-motif、CAT-box、ABRE、及MBS元件等,突变基因el1编码蛋白是由396个氨基酸残基组成的定位于内质网膜上的一种不稳定的碱性疏水性蛋白,其主要由α螺旋盘绕而成,构建系统进化树发现,其与禾本科植物南荻亲缘关系最近,玉米次之。