利用调控花青素合成的bHLH基因解析小麦紫色籽粒性状的分子机理

小麦紫色籽粒性状是一个有益人体健康的特殊性状，但其分子遗传机理还没有得到很好的诠释。小麦中花青素合成代谢相关的CHS、CHI、F3H、DFR、ANS和MYB等基因已经得到分离与鉴定，而bHLH基因的分子遗传学信息相对缺乏，此外申请人前期工作表明bHLH基因可能是小麦紫色籽粒性状的主效基因。因此，本项申请将在前期工作的基础上，对紫色籽粒小麦品种高原115中调控花青素合成代谢的bHLH基因开展分子遗传学和生理功能研究，揭示bHLH基因的拷贝数、染色体定位、表达谱、功能分化等信息，以及bHLH基因在高原115紫色籽粒花青素合成中的作用；比较高原115与白粒品种Opata中bHLH基因的基因组、编码区、启动子区、表达谱等差异，设计检测品种间等位变异的特异引物，在Opata与高原115重组自交系中分析bHLH基因等位变异与紫色籽粒性状的关系，进而从分子水平上解析小麦紫色籽粒性状。

高原115紫色籽粒发育过程中有6个调控花青素合成代谢的转录因子bHLH基因表达，分别命名为TaMYC1-1，TaMYC1-2，TaMYC1-3，TaMYC1-4，TaMYC1-5和TaMYC1-6，相对表达丰度分别为2.0%、7.5%、86.6%、1.0%、1.0%和2.0%。除TaMYC1-4外，其它变异体的蛋白产物都具有完整的bHLH结构域。TaMYC1-3表达丰度最高，并定位于细胞核。通过在普通小麦基因组数据库中的Blast分析，该基因位于小麦的2A染色体上。瞬时表达功能验证表明，TaMYC1-3在TaMYB3存在的前提下能够诱导Opata白色胚芽鞘细胞产生红色花青素，功能上与玉米的ZmR基因可以相互替换。单一的TaMYC1-3不能诱导花青素的合成。半定量PCR结果表明，TaMYC1的表达与开花后籽粒中花青素的合成呈正相关，并且具有受光诱导的特性。利用大麦条纹花叶病毒(BSMV)介导的基因沉默试验发现，降低TaMYC1的表达显著减少了高原115籽粒花青素的合成。因此TaMYC1参与了高原115籽粒花青素的合成，光可能是通过诱导TaMYC1的表达来促进高原115籽粒花青素的合成。白粒品种Opata中具有TaMYC1基因，编码区的碱基序列与高原115一致，但是籽粒中TaMYC1基因的表达量明显低于高原115。启动子区域高原115比白粒品种Opata和中国春的启动子区域插入了1012bp。利用Mcpromoter Software对高原115，Opata和中国春的启动子区域进行预测后发现，高原115的启动子区域有5个明显的启动子区域，而opata区域中仅有1个明显的启动子区域。插入的1012bp的片段将opata中的启动子区域进行了4次重复。设计高原115和Opata启动子区域差异特异引物对200个重组系进行关联分析后发现，TaMYC1的高原115变异类型与紫色籽粒性状紧密连锁。