大麦籽粒淀粉糊化特性相关功能基因的鉴定和分析

Using a doubled haploid population from the cross between Japanese malting barley and Chinese feed barley to investigate the QTLs controlling barley starch pasting properties which were expressed by RVA parameters, three QTLs for pasting properties were located on chromosome 1H, 2H and 7H, which explained 18.5%, 19.8% and 17.3% of the phenotypic variance, respectively. According to this initial mapping results, using the backcross inbred lines (BILs) and its high density genetic linkage map to fine map the QTLs for pasting properties, identify the candidate functional genes, and analyze the DNA sequence, it will be understand the molecular mechanism of starch pasting properties in barley. Meanwhile, the overlapped QTL regions between starch pasting properties and malt qualities will be analyzed through comparative genomics analysis. All results and molecular markers tightly linked to QTLs detected in this research can provide useful information for molecu1ar breeding and cloning of genes for starch pasting properties in barley.

利用日本啤酒大麦品种与中国饲料大麦品种建立的加倍单倍体（DH）群体，采用RVA法检测大麦籽粒淀粉糊化特性的各个参数指标，已在染色体1H、2H和7H上定位到影响大麦籽粒淀粉糊化特性的3个非等位的主效QTL，贡献率分别为18.5%、19.8%和17.3%。在此基础上，利用回交培育的QTL近等基因系及和高密度遗传图谱，对已定位的3个淀粉糊化特性主效QTL进一步精细定位，分析不同主效QTL/功能基因位点的遗传主效应与互作效应，并对确定的候选功能基因进行DNA序列分析，从分子水平上解析大麦籽粒淀粉糊化特性的遗传本质。此外，利用比较基因组学的方法，比较分析淀粉糊化特性的主效QTL与大麦主要品质性状QTL的遗传重叠关系，发掘控制品质性状的新基因。研究结果为大麦籽粒淀粉糊化特性的遗传机制和建立品质性状分子标记辅助选择技术提供依据，也为进一步图位克隆淀粉糊化特性基因提供宝贵材料和标记信息。

项目执行期间，按照项目研究内容和目标，在前期研究基础上，利用大麦全基因组测序结果，在http://www.public.iastate.edu/~imagefpc/IBSC%20Webpage/IBSC%20Template-home.html网站，设计引物了163个新引物。此外，对群体进行重测序，开发了20000多个DArT标记和SNP标记，开展了大麦籽粒淀粉糊化性状的精细定位，缩小了目标区段距离，其中2H控制TTPV（峰值时间）的目标区段已在13.95 cM—14.419 cM之间，最近标记8658426D2。比较分析了主要麦芽品质性状QTL和淀粉糊化特性QTL的遗传关系，发现控制淀粉特性的QTL与控制麦芽浸出率的QTL区域有重叠，如控制TTPV与BD（稀澥值）的主效QTL与2H上麦芽浸出率（ME）的QTL区域重叠。根据大麦基因组序列信息和大麦组数据与基因标注信息，将重叠区域标记GBM1121（8658426D2）的序列信息进行比较、推测，其中morex_contig40687 包含该标记信息且位于2H的14.38 cM。该项标记所在区域内存在21个基因。进一步分析表明，编码细胞壁水解酶即内源-1,4-木聚糖酶（endo-1,4-xylanase）基因(MLOC_60943.2)是该目标QTL的候选基因。整合SNP图谱，发现它的位置接近标记 GBM1121（8658426D2），位于2H的14.38 cM。该基因在大麦发芽过程中降解胚乳细胞壁，参与淀粉糊化，降解淀粉，释放可溶性多聚糖，进而提高麦芽浸出率。根据基因(MLOC_60943.2)与标记GBM1121（8658426D2）序列信息，设计合成了用于检测淀粉糊化特性峰值时间（TTPV）和麦芽浸出率（ME）的Indel 标记，并进行了鉴定验证，开发了2个实用功能基因标记M4和JM6-2。研究结果为大麦籽粒淀粉糊化特性的遗传机制和建立品质性状分子标记辅助选择技术提供依据，也为进一步图位克隆淀粉糊化特性基因提供宝贵材料和标记信息。