大麦蛋白质含量主效QTLQGpc.ZgAx-6H.1的精细定位及候选基因克隆和功能鉴定

Grain protein content is one of the important quality traits in barley. Two major QTLs (QGpc.ZgAx-6H.1) controlling grain protein content were detected on barley chromosome 6HL, which have been identified by using a population of recombinant inbred lines derived from Ziguangmangluoerleng and Aoxuan 3 with contrasting grain protein content in our previous study. In the project, two major QTL will be fine mapped and candidate genes will be positional cloned by using a population of near-isogenic lines (NILs). Furthermore, the function of candidate genes will be characterized by transgenic analysis strategy and NILs lines of candidate gene will be selected for expression pattern, with the purpose to elucidate the underlying the function of grain protein content. In addition, the breeding value of these QTL/gene will be also analyzed in detail, and laying a foundation for the genetic improvement of barley grain protein content.

蛋白质含量是大麦重要的品质指标之一。我们利用蛋白质含量有显著差异的大麦品种紫光芒裸二棱（高蛋白质含量）和澳选3号（低蛋白质含量）构建的重组自交系群体，在6HL染色体上检测到1个控制蛋白质含量的主效QTL（QGpc.ZgAx-6H.1）。本研究拟在此基础上通过已经构建的近等基因系群体对主效QTL进行精细定位，克隆大麦蛋白质含量候选基因并进行转基因功能验证，利用近等基因系进行候选基因不同组织器官的表达模式分析，初步明确蛋白质含量基因的功能。另外，还将对蛋白质含量QTL/基因的育种利用价值进行系统评价，以期为大麦籽粒蛋白质含量的遗传改良奠定基础。

蛋白质含量是大麦重要的品质指标之一。高蛋白质含量的大麦适合食用和饲用，低蛋白质含量的大麦适合啤用。因此，选用不同蛋白质含量的大麦品种才能满足不同用途需要。本研究利用重组自交系群体在6H染色体上检测到了稳定控制蛋白质含量的位点QGpc.ZgAx-6H.3，并以近等基因系为材料构建次级分离群体进行精细定位，QTL效应分析表明该位点正向调控大麦籽粒蛋白质含量。本研究克隆了控制蛋白质含量的候选基因HvGPC6H，编码一个含310个氨基酸残基构成的NAC转录因子，序列分析表明HvGPC-6H基因的第一个外显子和第三个外显子分别发现了一个SNP。其中第一个变异发生在+53位置，由澳选3号中的C碱基到紫光芒裸二棱中的A碱基，该变异造成所编码的氨基酸残基由脯氨酸（P）变为谷氨酰胺（Q），变异位点位于N端保守的NAC结构域，其中P在不同物种HvGPC-6H的同源基因中为保守氨基酸；位于第三个外显子处的SNP为无义突变。进化树分析结果显示，HvGPC-6H候选基因编码蛋白与普通小麦、粗山羊草和二穗短柄草聚为一个类群。两个近等基因系（16-66和16-85）不同授粉天数的籽粒种皮内HvGPC-6H基因的表达情况比较分析发现，16-66（紫光芒裸二棱基因型）的表达量显著高于16-85（澳选3号基因型）。该基因的克隆将为优良大麦分子设计育种和品种改良提供基础。