大麦白壳基因wh的克隆与功能研究

We found a barley natural mutant with white husk in the field. By observed for several years, the white husk trait could be inherited stably and this mutant was named wh (its original number is 0601) and its wild type is beer barley cultivar supi 3. Based on supported by the previous National Natural Science Fund (31101149), we found that white husk trait was controlled by a recessive nuclear gene, named wh. By molecular marker mapping, this gene was located between Bmac0067 and Bmag0508a on barley chromosome 3H. Using physical map of barley chromosome 3H and its genomic DNA sequences, wh was mapped 49.64 cM and 51.77 cM on barley physical map and this region contained 385 genes. And the sequences of these genes could be obtained from barley genome database. Based on these results, we plan to isolate wh gene by map-based cloning method. By transgenic function complementation experiment, the function of wh will be verified. And the molecular mechanism of wh will be clarified by subcellular localization, yeast two hybrid, RNA-seq and real-time PCR ect.

我们在育种过程中发现了一个遗传稳定的大麦白化颖壳自然突变体材料wh（田间原始编号为0601），其野生型为啤酒大麦品种苏啤3号。通过前一个国家自然科学基金的资助（项目编号31101149），研究发现wh的白化颖壳性状受1个隐性基因控制，基因命名为wh。通过分子标记定位，将wh定位在大麦3H染色体分子标记Bmac0067和Bmag0508a之间，利用大麦基因组信息，我们又将wh定位在大麦物理图谱49.64 cM和51.77 cM之间，该区段一共含有385个基因，这些基因序列信息可以在大麦基因组公共数据库网站上获取。在此研究基础上，本项目拟通过图位克隆的方法获得wh基因，并通过转基因功能互补实验对其进行功能验证，利用亚细胞定位、酵母双杂交、real-time PCR和RNA-seq等技术分析与wh有关的蛋白和基因，以期阐明wh基因的调控途径，明确wh的作用机理。

我们育种过程中发现了1个遗传稳定的大麦白化颖壳自然突变体材料wh，前期通过分子标记定位，将wh基因初步定位在大麦3H染色体分子标记Bmag0067和Bmag0508a之间。在此基础上，我们利用大麦基因组信息，设计了924个SSR标记，54个Indel标记，同时基于基因序列开发了3个新的多态性分子标记，最终将wh定位在SSR491和Indel16之间，其对应的物理区间为166,067,390bp-169,954,482bp，此区间包含16个基因。利用转录组测序，分析突变型和野生型差异表达基因，发现大部分差异表达基因都集中在3H染色体上，其中HORVU3Hr1G032440基因位于目标区间，因此在亲本中扩增了该基因，发现在基因的exon2处wh有个大片段插入。通过转件分析，该基因编码Golden 2-like转录因子，具有调控叶绿体发育的功能，目前正在进行基因的功能验证。由于该基因与叶绿体的发育有关，我们使用Real time PCR的方法检测了wh和苏啤3号中叶绿体合成基因在不同时间点的表达情况，发现苏啤3号中叶绿体合成基因的表达量普遍高于wh，但是在孕穗后28天，wh中有11个叶绿素合成基因的表达高于苏啤3号，这可能是由于在孕穗28天时，苏啤3号的叶绿素含量急剧下降，而此时wh的叶绿素含量最高。本研究克隆了1个控制大麦白壳性状的基因，为我们更好的理解大麦叶绿体发育机制提供了理论依据。