淀粉是麥谷類(lèi)作物籽粒中含量最高的組分，對(duì)作物的產(chǎn)量、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)、健康價(jià)值和加工利用都有重要影響。淀粉合酶IIa（starch synthase IIa，SSIIa）是作物淀粉合成中的關(guān)鍵酶，其缺失或不足會(huì)造成麥谷類(lèi)作物中支鏈淀粉鏈長(zhǎng)分布改變、直鏈淀粉和膳食纖維含量增加、總淀粉含量和產(chǎn)量下降。關(guān)于水稻、玉米等作物中重要的SSIIa自然變異體研究已有報(bào)道，但目前還未見(jiàn)不同功能的大麥SSIIa變異體研究。

 

　　青稞（裸大麥）是我國(guó)青藏高原地區(qū)最重要的民族口糧，在藏族居民健康、區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)穩(wěn)定和特色文化形成中發(fā)揮著不可替代的重要作用。發(fā)掘青稞中淀粉合酶IIa變異體并研究其功能，對(duì)青稞和大麥的品質(zhì)改良、加工利用及產(chǎn)業(yè)增值增效有重要意義。

 

　　成都生物所作物分子育種項(xiàng)目組通過(guò)電泳分離青稞淀粉顆粒結(jié)合蛋白，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)SSIIa自然變異體，結(jié)合質(zhì)譜分析與蛋白免疫印跡對(duì)其進(jìn)行“身份”確認(rèn)，即SSIIaL和SSIIaH；通過(guò)編碼基因序列差異分析，發(fā)現(xiàn)由于存在33bp的插入/缺失而產(chǎn)生了特異變異體，根據(jù)此序列差異開(kāi)發(fā)出能夠快速準(zhǔn)確鑒定兩種基因型的特異分子標(biāo)記。通過(guò)重組自交系群體和自然群體，研究SSIIaL和SSIIaH對(duì)大麥籽粒的淀粉品質(zhì)、其他籽粒組分和籽粒性狀的影響，發(fā)現(xiàn)它們與籽粒硬度關(guān)系密切。研究SSIIaL和SSIIaH在野生大麥、澳大利亞栽培大麥、青稞農(nóng)家品種、青稞育成品種中的分布，發(fā)現(xiàn)兩種變異體在野生大麥中分布較為一致（14 SSIIaL/16 SSIIaH），澳大利亞栽培大麥中SSIIaH占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)（5 SSIIaL /19 SSIIaH）， 青稞中SSIIaL占比很高，青稞育成品種和農(nóng)家品種SSIIaL / SSIIaH分別為46/28、41/57。SSIIaL和SSIIaH在不同群體中的分布差異與大麥終端利用及育種選擇相一致，澳大利亞栽培大麥主要用于啤酒釀造和飼料，籽粒硬度小、耗能少，SSIIaH基因型是更有利的選擇；我國(guó)藏區(qū)的育種技術(shù)相對(duì)滯后，食用作為首要目標(biāo)，因籽粒的高硬度指數(shù)與籽粒的色澤亮、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)好及抗性強(qiáng)相關(guān)聯(lián)，籽粒硬度高的材料成為育種者的偏愛(ài)（SSIIaL基因型）。本研究為青稞和大麥品質(zhì)定向育種選擇提供了分子技術(shù)和理論依據(jù)。

 

　　研究結(jié)果以題為“Effects of Two Starch Synthase IIa Isoforms on Grain Components and Other Grain Traits in Barley”于2021年1月23日發(fā)表在Journal of Agricultural and Food Chemistry（DOI: 10.1021/acs.jafc.0c05445）上。潘志芬副研究員為該論文第一作者和通訊作者。該研究得到第二次青藏高原綜合科學(xué)考察研究（2019QZKK0303）和省部共建青稞與牦牛重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目（XZNKY-2020-C-007）的資助。

 

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