大麦阿拉伯木聚糖含量与内切木聚糖酶活性的分子遗传机理研究

Arabinoxylan(AX) content is one of the important factors to affect the barley malting quality, and endoxylanase is the key enzyme to degrade AX. The core barley germplasm from different areas of the world and recombinant inbred lines (RILs) constructed by a cross between the elite malting quality barley and wild barley will be studied respectively by quantitative trait loci (QTL) and genome-wide association (GWAS) analysis to determine the closely molecular markers related to the AX content and endoxylanase activity. Simultaneously the endoxylanase alleles polymorphism will be examined, and genetic mechanisms regulation of AX content and EA will be made clear. The results of the research will be helpful for breeding of malting barley quality and promoting the development of malting barley production.

阿拉伯木聚糖(AX)含量是影响大麦啤用品质的重要因素之一，内切木聚糖酶是降解该糖的关键酶。本项目拟以从世界不同地区征集到的大麦栽培品种以及由优质啤用大麦与野生大麦杂交组合构建的重组自交系(RILs)为材料，通过QTL分析并结合全基因组关联分析(GWAS)，获得与AX含量与内切木聚糖酶活性(EA)紧密连锁的分子标记，分析内切木聚糖酶等位基因多态性，明确AX含量与EA调控的遗传机理。研究结果将有助于啤用大麦优质育种，推动我国啤用大麦生产发展。

阿拉伯木聚糖(AX)含量是影响大麦啤用品质的重要因素之一，内切木聚糖酶是降解该糖的关键酶。对AX含量与内切木聚糖酶活性(EA)的遗传机理进行研究，将有助于啤用大麦优质育种，推动我国啤用大麦生产。以来源世界不同地区的大麦栽培品种及由优质啤用大麦与野生大麦杂交组合构建的重组自交系(RILs)为研究对象，利用本实验室构建的高密度遗传连锁图谱结合mapQTL软件进行籽粒AX含量及EA活性QTL定位。发现亲本及RIL群体籽粒AX含量及EA表现较大差异，且呈连续变异正态分布，适宜QTL定位。构建了一张全长为977.14cM，两标记间平均距离为0.28 cM的遗传连锁图谱，包括7个连锁群，3553个标记位点。共检测到7个QTL，其中，控制籽粒AX含量的2个QTL，经两年试验检测发现这两个QTL位点定位于1H和3H染色体，表型变异率分别为9.11%和12.86%；控制EA的5个QTL分别定位于3H、4H和5H染色体，表型变异率范围为8.06%-19.01%。经两年试验检测发现1个相同QTL位点，位于5H染色体上。通过测定大麦微核心种质的TAX和EA、HvXYN1基因的核酸多态性和单倍型多样性，进行表型与基因型的关联分析，发现亚洲的HvXYN1基因的核酸多态性明显高于其它地区，Tajima's D检验和Fu与Li的D*和F*测验，新发现非洲品种的基因序列变异达到了显著水平，不符合选择中性，表明非洲地区基因多态性，在驯化过程中有经过选择作用的影响。本研究中不同地理来源的216份样品TAX性状的表型变异明显大于EA。可能与品种多样性相关，说明TAX受环境及品种影响较大。研究结果将大麦品种划分为5个群体，与表型性状进行关联，共发现了56个SNP位点，找到了与EA相关的重要关联位点SNP1504及SNP1808，均位于第三个外显子处，在单倍型H4与H6之间，这两个位点C/G到G/C的改变，造成HvXYN1两种基因型之间EA活性的显著性差异，极大的原因可能是在1808处，碱基突变导致氨基酸改变。与TAX含量性状相关分析中，仅在1045处的C/T变异，就导致了H3单倍型的含量高于H1，说明该位点对于TAX具有显著影响。本研究为解析啤用大麦品质相关性状遗传机制及分子标记辅助选择育种奠定了基础。