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区农业所“青稞育种创新团队”在青稞关键品质性状研究取得新进展
 

青稞生产占西藏粮食总产的80%以上,对保障西藏粮食安全、促进畜牧发展具有重要意义。谷物籽粒可以在发育过程中积累花青素。在籽粒灌浆期,花青素的含量增加从而可以使籽粒着色。然而,负责种子着色的花青素生物合成过程以及其由结构和功能基因控制的调控机制尚不清晰。2022年10月25日“青稞育种创新团队”与柔性人才引进人员许从萍博士经过两年的技术攻关,在青稞关键品质性状形成机理研究中取得新进展,团队相关成果以“Integrative metabolomic and transcriptomic analyses reveal themechanisms of Tibetan hulless barley grain coloration”为题,发表在Frontiers in Plant Science(2022年影响因子/JCR分区:6.627)上。论文链接:DOI 10.3389/fpls.2022.1038625。

研究通过整合代谢组和转录组的方法,探索与西藏青稞籽粒颜色相关的代谢物整体变化的规律。研究对三个不同发育阶段的三种有色青稞品种的籽粒进行分子和代谢研究,共筛选到了120个差异累积代谢物和8327个差异表达基因。差异表达基因主要富集于苯丙烷和类黄酮代谢通路。花青素合成基因,包括PAL、C4H、4CL、CHS、FLS、F3H、F3’H、DFR、ANS、GT、OMTMAT在有色青稞种子中的转录水平明显高于白色青稞种子。在籽粒发育成熟过程中,HvMYC2的表达水平与花青素含量及花青素合成通路中的基因具有较强的相关性。这表明HvMYC2可能是花青素积累的关键基因。进一步通过实验分析不仅证实了HvMYC2可被HvMYB激活,同时也是青稞抵抗UV-B辐射和耐寒性的正向调节因子。此外,通过酶学分析的验证表明,有六种关键的修饰酶可以催化花青素的糖基化、丙二酰化和甲基化过程,从而解析了有色青稞中花青素的主要修饰途径。总之,我们的研究为青稞花青素积累和谷物籽粒着色机制提供了全面的剖析和见解。

1:青稞中花青素相关代谢物的调控网络。在salmon module中发现的结构基因和转录因子在籽粒发育阶段参与花青素代谢。粉色圆圈代表花青素。橙色的菱形代表不同的转录因子家族。蓝色三角形代表参与花青素代谢的结构基因。

同时,团队近期再获得两项基因发明专利授权。该研究得到了国家自然科学基金“区域创新发展联合基金”(项目批准号:U20A2026)的资助。课题组进一步将该成果开发成分子标记,辅助应用于青稞品质育种,加快选育进程,为西藏青稞优质高产新品种培育奠定重要的技术基础。

“青稞育种创新团队”一直立足西藏青稞产业新发展阶段,贯彻新发展理念,推进西藏青稞产业科技自立自强,奋力谱写青藏高原农牧科技事业高质量发展新篇章,为服务国家重大需求、地方经济建设贡献青稞的力量。

论文链接:http://journal.frontiersin.org/article/10.3389/fpls.2022.1038625/full?&utm_source=Email_to_authors_&utm_medium=Email&utm_content=T1_11.5e1_author&utm_campaign=Email_publication&field=&journalName=Frontiers_in_Plant_Science&id=1038625.

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