农科院作科所成功解析小麦粉颜色遗传调控分子机制

日前,从中国农业科学院作物科学研究所获悉,小麦亲本创制与新品种选育创新团队通过对小麦籽粒黄色素合成途径的研究,揭示了八氢番茄红素合酶1基因(Psy1)调控面粉颜色的分子机制。相关研究成果于10月21日发表在《BMC植物生物学(BMC Plant Biology)》杂志上。

随着生活水平的提高,消费者对面粉及面制品的品质提出更高要求,面粉颜色性状已成为小麦品质评价及遗传改良的重要内容。类胡萝卜素是其小麦籽粒中黄色素的主要组分,也是影响面粉颜色的主要因素。创新团队前期研究表明,八氢番茄红素合酶1(PSY1)是类胡萝卜素合成途径的关键酶,小麦八氢番茄红素合成基因Psy1是影响面粉颜色的主效基因。然而,Psy1调控面粉颜色形成的分子机制却少有报道。

研究人员利用RNA干扰(RNAi)、转录组测序(RNA-Seq)及定向诱导基因组局部突变(TILLING)相结合的试验策略,对Psy1调控面粉颜色的分子机制进行探索。RNAi转基因植株籽粒Psy1表达降低54%–76%,黄色素含量下降26%–35%,证明Psy1对小麦籽粒黄色素合成具有重要影响。次级代谢途径和核心代谢途径上的45个候选基因构成复杂的调控网络,协同响应Psy1表达下调。天冬氨酸富集区(DXXXD)是PSY1重要功能结构域,其附近保守核苷酸通过调控基因表达、酶活性及选择性剪接等方式影响黄色素合成。花后14天是小麦籽粒Psy1表达调控的关键时期。该研究成果对小麦品质改良具有重要意义。

小麦亲本创制与新品种选育创新团队从2003年开始,就将面粉色泽作为品质研究的重点内容,从表型评价技术、基因定位与克隆、基因特异性标记发掘和验证、新品种培育等方面开展系统研究,先后在理论与应用遗传学(TAG)、分子育种(Mol Breeding)等期刊发表系列论文20篇,发掘的分子标记在10多个国家广泛应用。

作科所翟胜男(博士研究生)为本论文第一作者,夏先春研究员和何中虎研究员为共同通讯作者。本研究得到转基因专项、国家自然科学基金、北京市重大科技专项等资助。卫斐