一个麦芽浸出率主效QTL的克隆与功能解析

Malt extract, the soluble material obtained during malting process, is the most important trait for breeding potential new malting barley varieties. In our previous studies, we identified a major QTL for malt extract, accounting for 55% of the phenotypic variation. This QTL was mapped on 2H in the Naso Nijo/Taixin 9425 barley double haploid population. With the available of barley genome sequence, this QTL/gene can be isolated from map-based cloning. In this project, this major QTL will be fine mapped and candidate gene(s) will be identified using Naso Nijo/Taixin 9425 RILs and NILs populations. Gene markers will be developed for marker assisted selection. Golden Promise transformed with a construct containing-full length this QTL/gene genomic DNA will be used to confirm that this locus is responsible for the malt extract. Meanwhile, the transformed and non-transformed barley lines will be determined for their malting qualities, which will demonstrate its association between the QTL/gene and malt extract. The outcome of the project will hopefully provide the theoretical basis for malting barley breeding.

麦芽浸出率是指在一定的糖化条件下所抽提的麦芽可溶性物质的总量，其高低直接关系到单位原料能生产啤酒数量的多少，是一个与经济效益密切相关的重要品质指标。前期研究中，我们在2H上鉴定到一个麦芽浸出率主效QTL，解释高达55%表型变异，其紧密连锁为SNP标记4173730S（15.44 cM）。随着大麦基因组的公布，可望通过图位克隆法克隆到该主效QTL/基因。在此基础上，本研究采用Naso Nijo/泰兴9425 组合构建的重组自交系（RILs）和 近等基因系（NILs）群体精细定位并克隆上述麦芽浸出率主效QTL/基因，开发基因标记为育种所用。利用Golden Promise 进行功能互补试验，阐明该主效QTL/基因的作用机制。通过对转基因与非转基因大麦的麦芽品质试验鉴定，进一步揭示该主效QTL/基因对麦芽浸出率的影响。本研究可为大麦优质育种提供理论依据。

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，利用构建的近等基因系和大麦2H染色体主效QTL/基因QMe.NaTx-2H区间设计SSR、SNP、跨基因内含子的特异引物，精细定位了麦芽浸出率主效QTL（QMe.NaTx-2H），缩短目标区间到14.67cM-15.119cM。利用大麦测序品种 Morex、Barke和Bowman的测序信息、大麦2H染色体上MTP（Minimal Tilling Path Sequenceing）BACs序列资源及基因注释结果，通过生物信息学分析，对目标区段进行了基因预测，确定了HORVU2Hr1G012130为候选基因。图位克隆了该基因，并进行了验证，在该基因CDS中发现15个SNPs，导致9个非同义突变，6个同义突变，并且在3’UTR上存在2个SNPs，大量非同义突变可影响该基因的功能，而3’UTR上SNPs影响该基因的表达。大麦不同发育组织中基因表达分析结果表明，该基因在萌发第4天的大麦胚中表达最高，表明该基因在种子萌发过程中扮演重要角色。HORVU2Hr1G012130基因功能和表达的差异最终导泰兴9425和Naso Nijo麦芽浸出率差异。同时也开发了基于候选基因的JMe130-2、JMe130-4两个实用分子标记，并在高代F6材料和品比材料进行麦芽浸出率性状的筛选应用。研究结果可为明确麦芽浸出率这一重要性状的分子遗传机理和建立品质性状分子标记辅助选择技术提供依据，对大麦品质遗传改良具有重要意义。