利用异源基因组渗入系和AB-QTL分析发掘青藏高原野生大麦特异种质

Tibetan annual wild barley is a precious plant germplasm, only located in China. The previous studies have demostrated that the wild barley has a wide genetic diversity in malt quality traits and abiotic stress tolerance. In this study, we will develop DH populations from the BC2 seeds using microspore culture, based on the selected elite wild barley genotypes in malt quality and abiotic stress toelrance, and their crosses with widely-planted cultivated barley cultivars. These DH populations will be phenotyped under the special conditions by determing malt quality traits and abiotic stress tolerance of all lines, and genotyped by analyzing the genetic diversity of DNA extracted from all DH population lines and their parents with SSR markers, and genetic linkage mapping will be also made. According to genotyping results, elite genetic introgressive lines will be selected from all DH populations, and evaluated for their comprehensive agronomic performance under field conditions. Meanwhile, AB-QTL analysis will be done to determine the action and chromosome locations of the QTLs controllling malt quality and abiotic stress. Finally, the developed method of mature embryo-based genetic transfomation will be used to transform the candidate genes into the elite cultivated barley and investigate the functions and expressions of exotic genes. The potential elite germplasm in wild barley will be deeply explored in this study, and it may be expected that the special genes controlling malt quality and abiotic stress tolerance could be found, and used in barley breeding program.

青藏高原一年生野生大麦是我国独有的珍贵植物遗传资源,前期研究表明在啤用品质性状和非生物胁迫耐性上遗传多样性十分丰富。本研究将在已获得目标性状表现特异的野生大麦基因型并与优良栽培大麦品种配置杂交组合的基础上，利用小孢子培养技术构建源于回交二代种子的DH群体，进行表现型和基因型分析：种植在特定的环境条件下，测定籽粒啤用品质性状和鉴定非生物胁迫耐性，明确各株系表型特征；提取DH群体双亲和株系的DNA，利用SSR标记进行基因型分析并绘制遗传连锁图。根据基因型分析结果，从各DH群体株系中选择优异渗入系，在特定环境条件下评价综合农艺性状；利用AB-QTL分析确定控制目标性状的QTL作用与染色体位置。最后，在克隆目标基因的基础上，利用成熟胚遗传转化技术获得转基因植株，验证目标基因的功能。本研究将深度发掘野生大麦种质资源，获得可改良栽培大麦啤用品质和非生物胁迫耐性的特异基因，促进优质和抗逆啤用大麦育种。

青藏高原一年生野生大麦（西藏野生大麦）是我国独有的珍贵植物资源，上世纪60－70年代我国科学工作者通过艰苦卓越的野外考察，征集并整理了200余份野生大麦资源，我们的前期研究证明西藏野生大麦是现代栽培的祖先、具有广泛的遗传多样性，并从中鉴定到耐盐、耐酸（铝毒）以及啤用品质性状特异的基因型。在此基础上，本研究旨在发掘控制抗逆和啤用品质性状的基因，阐明它们的生物学功能及表达模式。主要研究内容包括具有野生大麦染色体片段的遗传渗入系和双单倍体（DH）群体的构建、回交后代DH群体的表型和分子表征、控制目标性状的基因定位、克隆与功能分析。取得的主要结果有：（1）构建了由耐盐、耐铝毒、高β-淀粉酶和高限制性糊精酶活性的野生大麦和综合农艺性状优良的栽培大麦品种为杂交组合的染色体片段渗入系和DH群体，为全面发掘目标基因奠定了物质基础;（2）转录组分析揭示现代栽培大麦基因组的嵌合式（马赛克）起源西藏野生大麦提供几乎一半的基因组；；（3）发现西藏野生大麦具有独特的耐铝机理，其耐铝性与根系分泌柠檬酸无关，但与无机磷代谢密切相关；（4）鉴定并克隆了HvHVP10等5个与耐盐有关的基因（转录因子），阐明了它们的表达特点；（5）利用全基因组关联分析鉴定到控制西藏野生大麦籽粒酚类化合物的相关基因。研究结果突显了西藏野生大麦的利用价值，丰富了种质资源评价与创制的理论与技术，构建的材料已用于大麦育种实践，迄今已在包括Nature、PNAS等杂志上发表学术论文20余篇，出版英文专著一本。项目实施极大地推动了人才培养，促进了国内外合作，显著提高了我国大麦科学在国际上地位与影响。