控制大麦黑色籽粒性状blp基因的克隆与功能研究

Compared to the yellow grain of cultivated barley, the black grain germplasm in Tibetan wild barley has distinguished values, which contains high content of polyphenols and flavonoids. However, it is unclear about the genetic mechanism and controlling genes of black barley formation. In our previous study, it has been found that the black lemma and pericarp formation of barley was controlled by blp gene, which was located in a 17kb region at the long arm of chromosome 1H. Compared to the whole genome sequence information, there were 3 genes in the 17kb candidate region. In this project, the key gene of blp will be identified based on the 3 candidate genes association analysis in the Tibetan wild barley population. Furthermore, transgenic work will be done to confirm the function of blp gene. Moreover, the chemical constituent of black pigment and the mechanism of blp gene regulated the black pigment formation will be studied. The relationship between black barley formation and the high UV radiation environment in the Tibet plateau will also be investigated. It may be expected that the results can reveal the genetic mechanism of black barley formation and provide theoretical guidance of black barley cultivars breeding.

西藏野生大麦相较于普通栽培大麦蕴藏黑色籽粒种质资源，含更多多酚类黄酮物质，具有十分珍贵的保健作用。然而黑色籽粒的控制基因与遗传模式如何却未知。本课题组前期已将大麦黑色籽粒关键基因（blp）定位在1H染色体长臂端的17kb区间内，比对大麦全基因组序列信息仅有3个候选基因。本研究拟在前期研究基础上对候选基因进行大群体重测序以进行候选基因关联分析筛选blp基因；进一步对该候选基因进行转基因验证，明确控制黑色籽粒性状的关键基因。同时，明确黑色籽粒中的黑色特征物质及blp基因如何调控黑色籽粒的形成；了解西藏野生大麦中黑色籽粒形成与青藏高原地区高紫外辐射环境的关系。这一项目的成功实施将为揭示大麦黑色籽粒性状的分子遗传机制和培育黑色大麦新品种奠定基础。

西藏野生大麦相较于普通栽培大麦蕴藏黑色籽粒种质资源，含更多多酚类黄酮物质，具有十分珍贵的保健作用。然而黑色籽粒的控制基因与遗传模式如何却未知。在前期研究基础中，我们已将黑色籽粒的控制基因进行初定位，为了进一步阐明其遗传机制，我们开展了本项目，主要内容包括：（1）利用浙大9号和X115的DH群体对黑色籽粒性状进行初步定位，将blp基因定位在1号染色体117cM附近。进一步利用2000个F2群体将blp基因候选区间缩小，其中仅有3个候选基因。（2）利用大麦自然群体对上述3个候选基因进行重测序，结合表型进行候选基因关联分析，发现其中MLOC_54126.1基因中的多态性位点与表型紧密连锁，能完全解释表型变异。对3个候选基因进行表达分析显示MLOC_54126.1的表达量与表型变异最吻合。因此该基因最有可能为blp的候选基因。（3）该基因的时空表达特性分析显示该基因表达量在籽粒变黑过程中随之上调，然后在籽粒几乎全黑时又降低；同时该基因主要在颖壳和种皮中表达，在胚乳中几乎不表达。（4）UV-B处理实验发现，黑色籽粒中的黑色物质积累量随UV-B的处理升高，且blp基因的表达量亦随着UV-B的处理而升高，说明该性状受紫外调控，初步推定西藏野生大麦黑色性状可能参与抵御青藏高原地区的恶劣环境。因此，本项目研究通过对大麦黑色籽粒性状的分子遗传机制研究，为培育黑色大麦新品种提供理论指导。