华中农业大学在大麦籽粒重要营养活性物质的遗传调控机制解析方面取得新进展

 

　　大麦作为全球第四大禾谷类作物，兼具饲用、酿造与营养保健等多种功能。近年来，大麦（Hordeum vulgare L.）因其籽粒中富含多种营养活性物质（黄酮、酚酸、维生素等）而受到更多关注。该研究以“华矮11×华大麦6号”大麦DH群体为材料，系统分析了大麦籽粒发育过程中营养活性物质的动态积累模式及其遗传调控机制，构建了大麦籽粒发育的共表达调控网络，从中挖掘出大量调控黄酮、酚酸、氨基酸、维生素等重要代谢产物生物合成的候选基因。通过体外酶活验证和转录调控分析，解析了大麦籽粒黄酮代谢通路中关键结构基因的功能及与转录因子间的调控关系，重构了该通路的代谢与调控网络。首次在大麦中验证了NAC转录因子HvNAC-1和MYB转录因子HvMYB-1之间的蛋白质相互作用，进一步提出了大麦籽粒黄酮代谢的调控新模型，即在籽粒发育早期，黄酮合成通路开启，黄酮类单体大量合成；至籽粒发育后期，黄酮通路关闭，黄酮类单体进行糖基化等修饰反应，而HvNAC-1和HvMYB-2在其中发挥关键的“开关”调控作用。

 

　　同时，团队利用构建的大麦籽粒发育共表达调控网络，进一步解析了由多个代谢物协同调控的籽粒颜色分化的新机制。通过将“华矮11×华大麦6号”大麦DH群体籽粒颜色性状的QTL与构建的大麦籽粒共表达网络整合，鉴定出已知基因簇MbHF35（HvMYB4H、HvMYC4H和HvHF35）和2个调控籽粒颜色的新遗传热点，通过对2个新热点的候选基因HvMYC-1和HvC1-1在大麦和拟南芥中的遗传转化和功能分析以及3个位点的单倍型分析，结果表明3个位点共同决定了大麦籽粒颜色的分化，其中HvC1-1和HvMYC-1可有效补偿MbHF35基因簇中HvMYB4H和HvMYC4H的功能缺陷，从而确保HvHF35的正常表达来加深大麦的籽粒颜色。

 

　　华中农业大学植物科学技术学院博士研究生宋瑞莲和王一翔为该论文的共同第一作者，任喜峰教授和湖北省农科院孙龙清博士为该论文的共同通讯作者。华中农业大学孙东发教授和加拿大圣玛丽大学Genlou Sun教授对该研究提供了大力支持，植物科学技术学院已毕业博士生王其飞和硕士生李艳君、张思裕参与了该研究。本研究得到了大麦青稞产业技术体系项目的资助。

 

　　论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-60501-1