成都生物所在大麥中鑒定出兩個淀粉合酶IIa自然變異體

（2021.2.2 中國科學院）

淀粉是麥谷類作物籽粒中含量較高的組分，對作物的產量、營養品質、健康價值和加工利用有重要影響。淀粉合酶IIa（starch synthase IIa，SSIIa）是作物淀粉合成中的關鍵酶，缺失或不足會造成麥谷類作物中支鏈淀粉鏈長分布改變、直鏈淀粉和膳食纖維含量增加、總淀粉含量和產量下降。關于水稻、玉米等作物中重要的SSIIa自然變異體研究已有報道，但目前尚未見不同功能的大麥SSIIa變異體研究。青稞（裸大麥）是我國青藏高原地區重要的口糧，在發掘青稞中淀粉合酶IIa變異體并研究其功能，對青稞和大麥的品質改良、加工利用及產業增值增效有重要意義。

中國科學院成都生物研究所作物分子育種項目組通過電泳分離青稞淀粉顆粒結合蛋白，發現兩個SSIIa自然變異體，結合質譜分析與蛋白免疫印跡對其進行“身份”確認，即SSIIaL和SSIIaH。通過編碼基因序列差異分析，發現由于存在33bp的插入/缺失而產生了特異變異體，根據此序列差異開發出能夠快速準確鑒定兩種基因型的特異分子標記。通過重組自交系群體和自然群體，研究SSIIaL和SSIIaH對大麥籽粒的淀粉品質、其他籽粒組分和籽粒性狀的影響，發現它們與籽粒硬度關系密切。研究SSIIaL和SSIIaH在野生大麥、澳大利亞栽培大麥、青稞農家品種、青稞育成品種中的分布，發現兩種變異體在野生大麥中分布較為一致（14 SSIIaL/16 SSIIaH），澳大利亞栽培大麥中SSIIaH占絕對優勢（5 SSIIaL/19 SSIIaH）， 青稞中SSIIaL占比較高，青稞育成品種和農家品種SSIIaL/SSIIaH分別為46/28、41/57。SSIIaL和SSIIaH在不同群體中的分布差異與大麥終端利用及育種選擇一致，澳大利亞栽培大麥主要用于啤酒釀造和飼料，籽粒硬度小、耗能少，SSIIaH基因型是更有利的選擇;我國藏區的育種技術相對滯后，食用作為首要目標，因籽粒的高硬度指數與籽粒的色澤亮、營養品質好及抗性強相關聯，籽粒硬度高的材料成為育種者的偏愛（SSIIaL基因型）。該研究為青稞和大麥品質定向育種選擇提供了分子技術和理論依據。

相關研究成果以Effects of Two Starch Synthase IIa Isoforms on Grain Components and Other Grain Traits in Barley為題，發表在Journal of Agricultural and Food Chemistry上。成都生物所副研究員潘志芬為論文第一作者和通訊作者。研究工作得到第二次青藏高原綜合科學考察研究和省部共建青稞與牦牛重點實驗室項目的資助。