大麥花序由三聯(lián)小穗構(gòu)成，三聯(lián)小穗中側(cè)小穗結(jié)實(shí)與否產(chǎn)生了二棱和六棱大麥的分化。棱數(shù)直接影響籽粒產(chǎn)量，是大麥重要的馴化性狀。已有研究表明，大麥棱型主要由Vrs1（six-rowed spike1）基因決定，已鑒定出7種主要的等位基因：二棱大麥中的Vrs1.b2、Vrs1.b3和Vrs1.b4和六棱大麥中的vrs1.a1、vrs1a2、vrs1.a3和vrs1.a4。野生型Vrs1.b對側(cè)小穗發(fā)育具有抑制作用，而突變型vrs1.a多為功能缺失型突變，喪失了對側(cè)小穗發(fā)育的抑制作用。六棱大麥中的vrs1.a4與二棱大麥中的Vrs1.b4擁有相同的編碼序列，但學(xué)界尚不清楚攜帶vrs1.a4的大麥產(chǎn)生六棱性狀的決定因素。

 

　　中國科學(xué)院成都生物研究所作物分子育種項目組副研究員龍海團(tuán)隊在青藏高原地區(qū)的二棱和六棱大麥種質(zhì)中分別鑒定到Vrs1.b4和vrs1.a4等位基因。遺傳分析表明這些大麥中棱數(shù)的變化受單基因控制。通過BSA-seq、分子標(biāo)記等技術(shù)，研究人員將該基因定位在2H染色體0.08-cM（~554-kb）的目標(biāo)區(qū)間內(nèi)，其中Vrs1是最可能的候選基因。通過分析定位群體后代以及攜帶Vrs1.b4和vrs1.a4的不同大麥品種（系）中Vrs1的表達(dá)豐度發(fā)現(xiàn)，vrs1.a4的表達(dá)顯著低于Vrs1.b4，與六棱表型共分離，證實(shí)Vrs1表達(dá)下調(diào)是導(dǎo)致攜帶vrs1.a4大麥六棱性狀產(chǎn)生的原因。對Vrs1及其調(diào)控區(qū)的DNA甲基化分析發(fā)現(xiàn)，Vrs1的表達(dá)下調(diào)與DNA甲基化無關(guān)。

 

　　通過Sanger測序分析，研究人員在Vrs1編碼區(qū)上游約1 kb鑒定到一段此前未被報道的“TA”短串聯(lián)重復(fù)（Short tandem repeats，STRs）區(qū)。與Vrs1.b4相比，vrs1.a4在該區(qū)域內(nèi)存在單個“TA”的缺失。在人類和擬南芥中的研究表明，STRs能夠調(diào)控基因的表達(dá)。vrs1.a4啟動子區(qū)“TA”的缺失是否是導(dǎo)致其表達(dá)量下調(diào)的原因及其潛在機(jī)制值得進(jìn)一步研究。該研究從遺傳及分子水平證實(shí)了攜帶vrs1.a4大麥六棱性狀產(chǎn)生的原因，為進(jìn)一步深入解析大麥側(cè)小穗發(fā)育的分子調(diào)控機(jī)制奠定了基礎(chǔ)。

 

　　相關(guān)研究成果以Genetic and molecular characterization of determinant of six-rowed spike of barley carrying vrs1.a4為題，在線發(fā)表在Theoretical and Applied Genetics上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金、中科院科技服務(wù)網(wǎng)路計劃（STS計劃）、西藏自治區(qū)重大科技專項、四川省農(nóng)作物分子育種平臺項目、四川省麥類作物創(chuàng)新團(tuán)隊等的資助。