藍(lán)粒小麥中花青素生物合成基因的基因定位及轉(zhuǎn)錄組分析.pdf

1、小麥（Triticum aestivum L.）是全球范圍內(nèi)種植最廣泛的糧食作物，其消費(fèi)量占全球糧食總量的三分之一。小麥為人們提供最基本的碳水化合物、蛋白質(zhì)、維生素，以及胡蘿卜素、黃酮類和酚酸等其它營養(yǎng)物質(zhì)。近年來，關(guān)于小麥籽粒顏色的研究日益增多，這種顏色的差異主要是由其中的多酚類、鞣酸類、花青素和胡蘿卜素造成的。其中藍(lán)粒小麥中最典型的特征是它的糊粉層中含有豐富的天然花青素類物質(zhì)，而普通的紅粒小麥和白粒小麥中含量很低或沒有。花青素類物質(zhì)

2、由于具有很好的抗氧化作用，非常有益于人類的身體健康。
　　由于藍(lán)粒小麥的此種特性，近年來對它的關(guān)注和研究也越來越多。人們發(fā)現(xiàn)，通過干式磨粉法和分餾法，可以獲得帶有高含量花青素的面粉。而對于藍(lán)粒小麥中花青素合成通路相關(guān)基因的研究對于今后的育種有很大的幫助。在前人研究中，對藍(lán)粒中色素積累過程和遺傳模式已經(jīng)有了一定的研究。為了進(jìn)一步發(fā)掘控制藍(lán)粒性狀的基因，我們主要從兩種途徑進(jìn)行研究，首先是使用90k iSelect SNP芯片對小麥藍(lán)粒

3、性狀進(jìn)行分子標(biāo)記定位;此外，在定位的基礎(chǔ)上結(jié)合轉(zhuǎn)錄組測序，分析白粒與藍(lán)粒小麥中差異表達(dá)基因來找尋相關(guān)基因。
　　1.籽粒顏色發(fā)育過程以及藍(lán)粒小麥分離情況
　　花青素作為非常有價值的抗氧化物質(zhì)，對人們的健康有很大作用。相比于其它品種，藍(lán)粒小麥中的花青素含量明顯高于其它彩色小麥。然而，對于藍(lán)粒性狀的遺傳模式以及它在染色體上的位置，人們還知之甚少。在本實驗中，通過調(diào)查藍(lán)粒小麥色素積累情況后發(fā)現(xiàn)，藍(lán)色花青素的積累始于開花后20天，并

4、在26天延伸到整個種子。除此之外，我們也通過構(gòu)建藍(lán)粒小麥與白粒小麥雜交得到的F2群體研究了藍(lán)粒小麥的遺傳分離情況，根據(jù)F1的表型結(jié)果表明藍(lán)粒表型應(yīng)該是一個顯性性狀。然而，其F2分離情況并不符合孟德爾遺傳分離比，并且后代中出現(xiàn)了色素積累程度不同的籽粒，這種現(xiàn)象可能是由于遺傳劑量效應(yīng)和微效基因的影響。而在后代中，同一穗上同時出現(xiàn)了藍(lán)粒和白粒的情況，則主要是由于藍(lán)色積累是存在于糊粉層的性狀，由花粉直感產(chǎn)生。除此之外，環(huán)境的變化也會對其顏色積累

5、的程度產(chǎn)生一定的影響。這些發(fā)現(xiàn)將成為后續(xù)研究藍(lán)色糊粉性狀的遺傳及藍(lán)粒小麥改良的基礎(chǔ)。
　　2.轉(zhuǎn)錄組測序發(fā)掘藍(lán)粒小麥關(guān)鍵基因
　　藍(lán)粒小麥最重要的特征是它具有大量的天然高抗氧化活性花青素化合物，而普通小麥品種中則沒有。隨著人們對食品健康問題的日益關(guān)注，對食物品質(zhì)的要求也越來越高。目前，已鑒定了幾種與紅粒小麥原花青素合成及紫粒小麥花青素合成相關(guān)的基因。然而，調(diào)控藍(lán)色小麥中花青素生物合成的主要基因及控制機(jī)制仍然未被揭示。在本研究

6、中，結(jié)合藍(lán)色籽粒性狀的染色體位置信息及從轉(zhuǎn)錄組分析結(jié)果，我們試圖找尋調(diào)控小麥藍(lán)色性狀的關(guān)鍵基因。使用Infinium TM iSelect90K芯片，結(jié)合F2群體粒色性狀進(jìn)行了QTL分析。結(jié)果表明，藍(lán)色性狀在4D染色體上兩個SNP標(biāo)記IWB18525和IWB16381之間有一個主效QTL位點。在轉(zhuǎn)錄組分析中，我們使用了2個藍(lán)色和6個非藍(lán)色小麥籽粒樣品進(jìn)行比較轉(zhuǎn)錄組分析，從而篩選控制小麥藍(lán)粒性狀的候選基因。在藍(lán)色和白色小麥文庫中總共發(fā)現(xiàn)了

7、126，792個差異表達(dá)基因，從這些差異表達(dá)基因中找到了40個在藍(lán)色和非藍(lán)色樣品之間存在顯著表達(dá)差異的基因，在這中間，有12個候選基因只在藍(lán)色小麥中表達(dá)，它們都分布于不同的染色體上。其中，只有位于4D染色體上的兩個F3'5'H基因(Traes_4DL_27C195FDE，Traes_4DL_5A3D8F519)與之前定位的結(jié)果匹配。并且，F(xiàn)3'5'H基因是調(diào)控藍(lán)粒小麥中花青素含量最多的物質(zhì)飛燕草色素產(chǎn)生的關(guān)鍵基因，這些結(jié)果都表明篩選到的