楊曉夢，杜娟，曾亞文，普曉英，楊樹明，楊濤，汪祿祥，楊加珍

（1云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)與種質(zhì)資源研究所，昆明 650223；2云南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)與生物技術(shù)學(xué)院，昆明 650201；3云南省農(nóng)業(yè)生物技術(shù)重點實驗室，昆明 650223；4云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院質(zhì)量標準與檢測技術(shù)研究所，昆明650223）

大麥籽粒蛋白質(zhì)及其相關(guān)功能成分含量的QTL分析

楊曉夢1,2,3，杜娟1,3，曾亞文1,3，普曉英1,3，楊樹明1,3，楊濤1,3，汪祿祥4，楊加珍1,3

（1云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)與種質(zhì)資源研究所，昆明 650223；2云南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)與生物技術(shù)學(xué)院，昆明 650201；3云南省農(nóng)業(yè)生物技術(shù)重點實驗室，昆明 650223；4云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院質(zhì)量標準與檢測技術(shù)研究所，昆明650223）

【目的】研究大麥籽粒蛋白質(zhì)與功能成分含量的相關(guān)關(guān)系及其QTL，為功能大麥遺傳改良、基因克隆及分子輔助育種奠定理論基礎(chǔ)。【方法】以紫光芒裸二棱為母本，Schooner為父本構(gòu)建包含193個株系的RIL群體，結(jié)合SSR技術(shù)和QTL IciMappingV3.3軟件構(gòu)建遺傳連鎖圖譜，借助完全區(qū)間作圖法（ICIM）對兩年大麥籽粒蛋白質(zhì)、總黃酮和γ-氨基丁酸（GABA）含量進行QTL檢測；同時分析蛋白質(zhì)、總黃酮和GABA含量之間的相關(guān)性。【結(jié)果】親本及RIL群體籽粒蛋白質(zhì)、總黃酮及GABA含量表現(xiàn)出較大差異，且呈連續(xù)變異正態(tài)分布，適宜進行QTL定位。構(gòu)建了一張全長為2 224.29 cM，兩標記間平均距離為16.48 cM的遺傳連鎖圖譜，包括7個連鎖群，135個標記位點。共檢測到20個QTL，其中，控制蛋白質(zhì)含量的9個QTL分別定位于1H、2H、4H、6H和7H連鎖群染色體。表型變異率范圍為4.11%—18.86%，解釋表型變異率大于10%的3個主效QTL（13.30%、15.45%和18.86%）分別位于6H和 7H染色體。經(jīng)兩年試驗檢測發(fā)現(xiàn) 2個相同的 QTL位點，分別位于 4H BMAG0740—BMAG0808和 6H Ebmac0806—GBM1270；控制總黃酮含量的7個QTL分別定位于2H、5H、6H和7H染色體。表型變異率范圍為6.06%—29.01%，解釋表型變異率大于10%的5個主效QTL（10.38%、15.27%、17.55%、24.17%和29.01%）分別位于2H、6H和7H染色體。經(jīng)兩年試驗檢測發(fā)現(xiàn)1個相同的QTL位點，位于7H EBmatc0016—Bmag0206；控制GABA含量的4個QTL分別定位于4H、5H、6H和7H染色體，表型變異率范圍為5.44%—14.87%，最大變異率為14.87%的主效QTL位于7H染色體。控制蛋白質(zhì)含量與總黃酮含量的基因同位于2H、6H和7H染色體，控制蛋白質(zhì)含量與GABA含量的基因重合在4H、6H和7H染色體，控制總黃酮含量與GABA含量的基因同位于5H、6H和7H染色體?？刂七@三種成分的QTL主要位于6H和7H，尤其是6H Ebmac0806—GBM1270影響蛋白質(zhì)、總黃酮和GABA含量，且加性作用方向一致，有極顯著相關(guān)性。相關(guān)性分析結(jié)果表明，蛋白質(zhì)、總黃酮與GABA含量之間呈極顯著正相關(guān)。【結(jié)論】大麥籽粒蛋白質(zhì)、總黃酮和GABA含量的相關(guān)性分析與其部分QTL定位結(jié)果一致，揭示了蛋白質(zhì)和功能成分含量之間緊密的遺傳關(guān)系。

大麥；籽粒；蛋白質(zhì)；總黃酮；γ-氨基丁酸（GABA）；相關(guān)性；QTL

0 引言

【研究意義】大麥屬于“三高”藥食同源作物[1]，其籽粒及其食品因富含蛋白質(zhì)、總黃酮、γ-氨基丁酸（gamma-aminobutyric acid，GABA）及β-葡聚糖等營養(yǎng)功能成分，被美國農(nóng)業(yè)部列為保健食品[2]，對預(yù)防和治療慢性疾病有特殊功效和巨大藥用價值[3]。由于蛋白質(zhì)、總黃酮和GABA含量遺傳易受環(huán)境影響，傳統(tǒng)育種方法培育其高含量大麥品種非常困難[4]。因此，對大麥籽粒蛋白質(zhì)、總黃酮和GABA含量的QTL進行定位，對分子標記輔助選育符合大麥保健食品加工的功能大麥品種具有重大意義。【前人研究進展】大麥是遺傳學(xué)研究的重要模式植物，繪制分子遺傳圖譜為QTL定位奠定了基礎(chǔ)。已知大麥第一張連鎖圖譜是利用RFLP標記針對第6染色體繪制的[5]。隨著分子標記的不斷開發(fā)和深入研究，WENZL等[6-7]、KARAKOUSIS等[8]、READ等[9]、ROSTOKS等[10]、HEARNDEN等[11]、MARCEL等[12]利用多種分子標記繪制了多張大麥的遺傳連鎖圖譜。由于構(gòu)建的材料、群體、分子標記及種植環(huán)境等因素不同，圖譜密度不能滿足分子標記輔助育種的需求，仍需進行完善。已知加楊[13]、大豆[14]、苦蕎[15]等作物的蛋白質(zhì)和功能成分含量之間有一定相關(guān)性，這些成分的相關(guān)性揭示了分子標記間的關(guān)聯(lián)，但對大麥籽粒蛋白質(zhì)和功能成分含量之間的相關(guān)性研究未見報道。關(guān)于大麥蛋白質(zhì)含量QTL定位研究已有一些報道。MATHER等[16]在二棱大麥構(gòu)建的DH群體發(fā)現(xiàn)在第1、4、5和7染色體上存在4個蛋白質(zhì)QTL；LI等[17]在大麥第2和7染色體上發(fā)現(xiàn)2個蛋白質(zhì)QTL；NETSVETAEV[18]在大麥第4和7染色體上分別發(fā)現(xiàn)2個控制清蛋白的QTL；大麥7條染色體上49個DarT標記與4種蛋白質(zhì)組分含量關(guān)聯(lián)，且絕大多數(shù)蛋白質(zhì)組分與總蛋白質(zhì)含量為相同基因控制[19]；因受小麥6B染色體Gpc-B1（與蛋白質(zhì)含量有關(guān)）被圖位克隆的影響，位于大麥6H染色體上hvm74標記附近的同源基因與提高蛋白質(zhì)含量有關(guān)[20]。大麥總黃酮和 GABA是復(fù)雜的次生代謝產(chǎn)物，主要受遺傳控制，環(huán)境效應(yīng)也具有一定的調(diào)控作用[21-23]。關(guān)于總黃酮含量的遺傳研究，楊曉夢等[24]對大麥籽?？傸S酮含量進行了遺傳分析，發(fā)現(xiàn)其遺傳符合 E-1模型，主基因和多基因效應(yīng)為 86.20%，剩下13.8%由環(huán)境決定；劉仙俊[25]和郭蕾蕾[4]在大麥第2、3和 6染色體上發(fā)現(xiàn)控制總黃酮含量的微效 QTL；JENDE[26]克隆了 18個影響大麥黃酮合成的基因，其中，結(jié)構(gòu)基因5個，轉(zhuǎn)錄調(diào)控基因1個。關(guān)于GABA含量的遺傳研究，已知大麥籽粒GABA含量遺傳符合E-0模型，主基因效率較大（56.49%）[24]。在大麥第1、3和4染色體上發(fā)現(xiàn)影響GABA含量的QTL[4,27]?！颈狙芯壳腥朦c】目前，國內(nèi)外對大麥籽粒蛋白質(zhì)和功能成分含量之間的定位研究較少，對兩者之間的相關(guān)性研究也未見報道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究采用蛋白質(zhì)、總黃酮和GABA含量差異較大的紫光芒裸二棱與Schooner構(gòu)建的包含193個植株的重組自交系（RIL）群體繪制遺傳連鎖圖譜，對籽粒蛋白質(zhì)、總黃酮和GABA含量進行QTL定位分析，挖掘控制這些成分的基因位點，在基因水平上揭示其相關(guān)性，為進一步的精細定位和克隆奠定基礎(chǔ)，為分子標記輔助選育高蛋白高功能成分含量大麥新品種提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為母本紫光芒裸二棱（P1，云南高蛋白地方青稞品種）、父本Schooner（P2，澳大利亞引進的優(yōu)質(zhì)啤酒大麥品種）及其構(gòu)建的包含193個植株的RIL群體。

1.2 田間種植

2007年，以紫光芒裸二棱為母本，Schooner為父本雜交獲得F2代種子，2008—2011年加代繁殖至F7代RIL群體。2012年和2013年10月將兩親本和RIL群體193個單株種植于玉溪市研和鎮(zhèn)（海拔1 638 m），隨機區(qū)組排列條播，行長2 m，每行150粒種子，行距0.3 m，3次重復(fù)。該試驗地前茬是水稻，粘壤土且肥力中上等，常規(guī)栽培管理。成熟期收獲種子，自然風干后，各株系取10 g種子用打粉機打成粉末狀低溫貯存，用于蛋白質(zhì)和功能成分含量的測定分析。

1.3 蛋白質(zhì)、總黃酮和GABA含量的測定

采用《食品中蛋白質(zhì)的測定（GB5009.5-2010）》標準的凱氏定氮法，由農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量監(jiān)督檢驗測試中心（昆明）對籽粒蛋白質(zhì)進行含量的測定。

在云南省農(nóng)業(yè)生物技術(shù)重點實驗室參照趙春艷等[28]的硝酸鋁絡(luò)合比色法對籽?？傸S酮含量進行測定；參照趙大偉等[29]的比色法測定GABA含量，3次重復(fù)，取平均值。

1.4 SSR檢測

所用的373對SSR引物基本覆蓋大麥基因組，引物序列來自網(wǎng)站（www.gramene.org），由北京鼎國昌盛生物技術(shù)有限責任公司合成。

取少量大麥苗期新鮮葉片，按照 CTAB法進行DNA提取。

PCR反應(yīng)體系為 10 μL，包括上下游引物各 0.5 μL、DNA 2 μL、PCR Buffer 1.5 μL、dNTPs 0.4 μL、ddH2O 4.9 μL和Taq polymerase 0.2 μL。PCR擴增程序為94℃ 5 min；94℃ 40 s，55℃ 40 s，72℃ 1 min，35個循環(huán)；72℃ 5 min，4℃保存。

PCR擴增產(chǎn)物用垂直板聚丙烯凝膠電泳分離，銀染顯色檢測。

1.5 帶型記錄

按照QTL IciMapping軟件的記錄方法，帶型和母本（紫光芒裸二棱）一致記為“0”，和父本（Schooner）一致記為“2”，雜合帶記為“1”，缺失記為“-1”。

1.6 QTL定位分析

采用QTL IciMappingV3.3構(gòu)建大麥RIL群體遺傳圖譜，并用MapDrawV2.1繪制，借助完備區(qū)間作圖法（ICIM）進行QTL分析，以LOD≥2.5作為QTL判斷閾值，分析表型性狀與標記帶型之間的連鎖關(guān)系，確定目標性狀QTL位點和估算遺傳效應(yīng)[30]。QTL命名遵循MCCOUCH等[31]方法。

2 結(jié)果

2.1 SSR標記分布情況

利用 373對 SSR引物對親本紫光芒裸二棱和Schooner進行多態(tài)性篩選，篩選出136對多態(tài)性較好的引物（圖1）。

2.2 遺傳圖譜

篩選出的多態(tài)性標記有135對，分布在大麥7條染色體上，包括7個連鎖群，除了Bmac0144未連接到連鎖群上。該遺傳圖譜總長為2 224.29 cM，兩標記間的平均間距為16.48 cM。在該遺傳圖譜中，多數(shù)標記位于的連鎖群與前人發(fā)表的連鎖染色體基本一致[32]。

2.3 大麥籽粒數(shù)量性狀定位

圖1 SSR引物在群體中的擴增情況Fig. 1 Segregation of SSR maker in the mapping population

表1 親本及其RIL群體營養(yǎng)功能成分表型值（2012年和2013年）Table1 Phenotypic values of parents and its RIL population for functional components contents (2012 and 2013)

2.3.1 蛋白質(zhì)、總黃酮和GABA含量表型分析 使用SPSS17.0軟件對2年試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析（表1）。親本間及其RIL群體之間在蛋白質(zhì)、總黃酮和GABA含量均存在極顯著差異（P＜0.01），母本紫光芒裸二棱在蛋白質(zhì)、總黃酮和GABA含量上是高值親本，父本Schooner是低值親本。RIL群體間蛋白質(zhì)、總黃酮和GABA含量具有較大的變異幅度。從性狀分布的偏度和峰度值來看，其絕對值基本＜1，從頻率分布趨勢（圖 2）可看出各性狀表現(xiàn)為連續(xù)變異，具有一定超親分離現(xiàn)象，表現(xiàn)出典型的數(shù)量性狀特征，表明大麥營養(yǎng)功能成分遺傳是受多基因影響，可進行QTL定位分析。

2.3.2 蛋白質(zhì)、總黃酮和GABA含量之間的相關(guān)性分析 通過進行相關(guān)性分析（表2），發(fā)現(xiàn)2年試驗的相關(guān)分析結(jié)果一致。蛋白質(zhì)、總黃酮和GABA含量之間呈極顯著正相關(guān)，且正相關(guān)性較大，即籽粒蛋白質(zhì)含量越高，其總黃酮和GABA含量就越高。說明控制這些成分的基因可能存在緊密連鎖，因此，應(yīng)注意這些成分的關(guān)聯(lián)，為功能大麥品質(zhì)育種提供一些科學(xué)依據(jù)。

2.3.3 蛋白質(zhì)、總黃酮和GABA含量的QTL定位分析采用ICIM法，取LOD≥2.5為QTL存在的判斷值，對2012年和2013年大麥籽粒蛋白質(zhì)、總黃酮和GABA含量進行QTL定位和遺傳效應(yīng)分析。2012年，試驗共檢測到8個QTL（表3，圖3），其中，3個蛋白質(zhì)含量QTL、2個總黃酮含量QTL、3個GABA含量QTL。2013年試驗共檢測到12個QTL（表3，圖3），其中，6個蛋白質(zhì)含量QTL、5個總黃酮含量QTL和1個GABA含量QTL。

圖2 大麥籽粒蛋白質(zhì)、總黃酮和GABA含量在RIL群體中的頻率分布（2012年和2013年）Fig. 2 Frequency distribution of protein, total flavonoids and GABA content in RIL (2012 and 2013)

表2 大麥籽粒蛋白質(zhì)、總黃酮和GABA含量之間的相關(guān)性Table 2 The correlation among protein, total flavonoids and GABA in barley grains

2012年，定位于4H、6H和7H 3條染色體上的籽粒蛋白質(zhì)、總黃酮和GABA含量共8個QTL，其中，4H染色體檢測到2個QTL位點，6H和7H各檢測到3個QTL位點。3個蛋白質(zhì)QTL分別為qPC-4H、qPC-6H和qPC-7H，位于4H、6H和7H，LOD值范圍為2.89—4.46，表型變異率范圍為6.45%—15.45%，最大變異率為15.45%的主效QTL位于7H，表明蛋白質(zhì)含量是由少數(shù)主效及微效基因共同影響的數(shù)量性狀。4H染色體上的加性效應(yīng)是正值（0.379），表明提高蛋白質(zhì)含量的等位基因源于高值母本紫光芒裸二棱，而6H和7H上為負值（-0.362和-0.506），表明增效基因源于父本Schooner；2個總黃酮QTL分別為qTFC-6H和qTFC-7H，分布在6H和7H上，其LOD值為3.14、3.26，表型貢獻率為10.38%和15.27%，可視為主效QTL，說明總黃酮含量主要由少數(shù)主效基因影響。7H染色體上的加性效應(yīng)為正值（17.124），表示提供總黃酮含量的增效基因來自高值母本紫光芒裸二棱，而6H染色體上的為負值（-14.107），表明增效基因來自父本Schooner；3個GABA的QTL分別為qGABA-4H、qGABA-6H和qGABA-7H，位于4H、6H和7H，LOD值范圍為2.85—4.96，表型變異率范圍為 5.44%—14.87%，最大變異率為 14.87%的主效QTL位于7H，說明GABA含量由少數(shù)主效及微效基因共同影響。7H染色體上的加性效應(yīng)為正值（0.803），表明增加 GABA含量的等位基因源于高值母本紫光芒裸二棱，4H、6H上的加性效應(yīng)為負值（-0.532和-0.548），表明父本Schooner提供增效基因。此外，位于6H Ebmac0806—GBM1270區(qū)間的2個QTL同時影響蛋白質(zhì)和GABA含量，且加性作用方向一致，顯示該區(qū)域是QTL效應(yīng)的集中區(qū)域。

2013年，定位于1H、2H、4H、5H、6H和7H等6條染色體上的籽粒蛋白質(zhì)、總黃酮和GABA含量共12個QTL，其中，1H和4H染色體各檢測到1個QTL位點，2H、5H和6H各檢測到2個QTL位點，7H染色體檢測到4個QTL位點。6個蛋白質(zhì)QTL分別為qPC-1H、qPC-2H、qPC-4H、qPC-6H、qPC-7Ha和qPC-7Hb，位于1H、2H、4H、6H和7H，LOD值范圍為 2.76—9.69，表型變異率范圍為 4.11%—18.86%，變異率為13.30%和18.86%的2個主效QTL分別位于6H和7H，表明蛋白質(zhì)含量受少數(shù)主效及微效基因共同影響。1H、2H、6H和7H染色體上的加性效應(yīng)均為負值（-0.466、-0.647、-0.946、-0.509和-0.996），表明增效基因源于父本Schooner，而4H上為正值（0.700），表明提高蛋白質(zhì)含量的等位基因源于高值母本紫光芒裸二棱。4H和6H染色體檢測到的2個QTL位點（qPC-4H和qPC-6H）與2012年定位的一致，7H染色體的1個QTL位點（qPC-7Ha）與2012年的相鄰，且加性作用方向一致，說明這三個蛋白質(zhì) QTL位點比較可靠；5個總黃酮 QTL分別為qTFC-2H、qTFC-5H、qTFC-6H、qTFC-7Ha和qTFC-7Hb，分布在2H、5H、6H和7H上，其LOD值范圍為3.35—9.89，表型貢獻率范圍為6.06%—29.01%，變異率為 17.55%、24.17%和29.01%的3個主效QTL分別位于2H和7H，說明總黃酮含量也受到少數(shù)微效基因影響。7H染色體上的加性效應(yīng)均為正值（25.313和27.640），表示提供總黃酮含量的增效基因來自高值母本紫光芒裸二棱，而 2H、5H和 6H染色體上均為負值（-21.395、-16.154和-14.347），表明增效基因來自父本Schooner。7H染色體檢測到的1個QTL位點（qTFC-7Hb）與2012年定位的一致，且加性作用方向一致，說明該總黃酮QTL位點可靠性較大；1個GABA QTL為qGABA-5H，位于5H染色體，LOD值為3.76，表型變異率為8.78%，是微效QTL。加性效應(yīng)為-1.479，表明由父本Schooner提供增效基因。GABA QTL僅在單一年份被檢測到，說明GABA含量相關(guān) QTL受環(huán)境影響較大。此外，位于2HBmag0125— GBM1309 和 6H Ebmac0806—GBM1270區(qū)間的4個QTL同時影響蛋白質(zhì)和總黃酮含量，且加性作用方向一致，顯示這兩個區(qū)域是QTL效應(yīng)的集中區(qū)域。

表3 大麥籽粒蛋白質(zhì)、總黃酮和GABA含量的QTL分析（2012年和2013年）Table 3 QTL analysis for protein, total flavonoids and GABA content of barley grains (2012 and 2013)

圖3 大麥籽粒蛋白質(zhì)、總黃酮和γ-氨基丁酸含量QTL在染色體上的位置(2012年和2013年)Fig. 3 Positions of QTLs for protein, total flavonoids and GABA content of barley (2012 and 2013)

3 討論

3.1 大麥遺傳圖譜中標記距離的差異分析

在本文構(gòu)建的遺傳圖譜中，大多標記所在的連鎖染色體與前人結(jié)果較一致[32]，但在染色體上的順序和個別標記所屬染色體有所變化，這可能是構(gòu)建的群體類型及數(shù)量不同、標記出現(xiàn)偏分離和多等位位點造成；另外部分標記之間的遺傳距離也有差異，這可能是因為遺傳距離是根據(jù)標記間的重組率估計的一個相對值，標記在圖譜中的位點也是相對的，根據(jù)遺傳標記和群體大小的不同產(chǎn)生一定差異[33]。

3.2 大麥籽粒蛋白質(zhì)、總黃酮和GABA含量QTL一致性分析

目前，研究已發(fā)現(xiàn)大麥染色體上影響蛋白質(zhì)、總黃酮和GABA含量的QTL，且結(jié)果不盡一致。本研究通過2年數(shù)據(jù)研究，共檢測到9個大麥籽粒蛋白質(zhì)含量的QTL，其中在4H和6H連鎖群定位一致，在7H連鎖群定位相鄰。HAYES等[34]在六棱大麥構(gòu)建的DH群體發(fā)現(xiàn)了分布在第2、3、4、6和7染色體上5個影響蛋白質(zhì)含量的QTL位點；任喜峰[35]在2H、5H、7H上檢測到3個蛋白質(zhì)QTL。李解等[36]在2H和6H上發(fā)現(xiàn)2個影響蛋白質(zhì)含量的單一QTL位點，和本研究共同的是2H、4H、6H和7H連鎖群，且本研究在2H上發(fā)現(xiàn)的QTL位點與任喜峰所報道的位點較相近，說明2H、4H、6H和7H連鎖群定位的位點可靠性較大。

本研究 2年共檢測到 7個有關(guān)總黃酮含量的QTL，其中，7H連鎖群上有一個QTL位點定位一致，另一位點相鄰。劉仙俊[25]在大麥2H、3H和6H檢測到3個總黃酮微效QTL；郭蕾蕾[4]在2H、3H、5H和6H發(fā)現(xiàn)6個總黃酮微效QTL，和本研究共同的是2H、5H和6H連鎖群，且本研究在6H上發(fā)現(xiàn)的QTL位點與郭蕾蕾所報道的位點相鄰，說明2H、5H和6H連鎖群定位的位點可能是準確的。

ZENG等[27]在大麥3H和4H染色體上發(fā)現(xiàn)4個影響GABA含量的QTL。郭蕾蕾[4]在大麥1H染色體檢測到1個影響GABA含量的微效QTL。羅小嬌等[37]在大麥3HL染色體上定位到1個微效QTL。本研究2年共檢測到4個有關(guān)GABA含量的QTL，和ZENG報道的有一個共同的4H連鎖染色體，且位點較相近，說明在4H連鎖群定位的位點可靠性較大。

本研究對 3種營養(yǎng)功能成分定位的結(jié)果與別人的研究結(jié)果不太一致，這可能是因為蛋白質(zhì)，總黃酮和GABA含量屬于復(fù)雜的數(shù)量性狀，易受環(huán)境的影響。QTL對不同環(huán)境下產(chǎn)生的基因表達水平不同，造成同一性狀在不同環(huán)境下QTL的差異，形成定位結(jié)果不一致。此外還可能跟構(gòu)建的材料背景，群體的類型和大小不同有很大關(guān)系。所以應(yīng)該嚴格控制環(huán)境因素的影響，進行多年多點或同一地點，不同年份（不同時期）的成分含量測定和重復(fù)QTL檢測；擴大定位群體和縮小標記區(qū)間，以發(fā)現(xiàn)較穩(wěn)定表達的QTL位點，進一步探索大麥籽粒營養(yǎng)功能成分積累的分子機制。

3.3 大麥籽粒蛋白質(zhì)、總黃酮和GABA含量及其QTL的相關(guān)性分析

蛋白質(zhì)、總黃酮和GABA是重要的代謝產(chǎn)物，植物體內(nèi)的初級代謝產(chǎn)物苯丙氨酸是合成蛋白質(zhì)和黃酮類化合物骨架的前體物質(zhì)[13]，而GABA是由谷氨酸轉(zhuǎn)化得到，三者代謝途徑之間可能存在一定的內(nèi)在關(guān)聯(lián)。已報道一些作物的蛋白質(zhì)和功能成分含量間具有一定相關(guān)性，王彩霞[38]發(fā)現(xiàn)有色稻米的功能營養(yǎng)成分和蛋白質(zhì)呈顯著或極顯著正相關(guān)；梁慧珍等[14]報道了大豆的蛋白質(zhì)和異黃酮含量的負相關(guān)性達極顯著，并在G染色體上找到了影響異黃酮和蛋白質(zhì)的部分 QTL基因位點；劉三才等[15]發(fā)現(xiàn)蕎麥蛋白質(zhì)與總黃酮含量的正相關(guān)性極顯著（0.588）。但對大麥籽粒蛋白質(zhì)和功能成分含量之間的相關(guān)分析未見報道。

本研究發(fā)現(xiàn)大麥籽粒蛋白質(zhì)、總黃酮和GABA含量三者間呈極顯著正相關(guān)，說明控制這些成分的基因可能存在多效性或緊密連鎖。2012年試驗檢測到控制蛋白質(zhì)、總黃酮和GABA含量3種成分的QTL位點主要分布于6H和7H染色體，其中，表型變異率大于10%的部分主效 QTL分布于 7H；6H Ebmac0806-GBM1270區(qū)間的QTL位點同時影響蛋白質(zhì)和GABA含量。2013年試驗檢測到控制蛋白質(zhì)和總黃酮含量QTL位點主要分布于 6H和 7H染色體，總黃酮和GABA含量QTL位點主要分布于5H染色體。貢獻率大于 10%的部分主效 QTL也集中分布于 7H、2H Bmag0125—GBM1309和6H Ebmac0806—GBM1270區(qū)間同時影響蛋白質(zhì)和總黃酮含量。這些區(qū)域是QTL效應(yīng)的集中區(qū)域，特別是兩年都檢測到的 6H Ebmac0806—GBM1270區(qū)間，都有影響蛋白質(zhì)、總黃酮和GABA含量。導(dǎo)致這種現(xiàn)象可能是因為這些區(qū)域QTL存在“一因多效”或基因緊密連鎖，是成分關(guān)聯(lián)的遺傳基礎(chǔ)。其中，蛋白質(zhì)與GABA、蛋白質(zhì)與總黃酮含量的QTL位點關(guān)聯(lián)性最緊密，總黃酮與GABA含量之間的位點關(guān)聯(lián)性次之。

綜上所述，成分的相關(guān)性能反映出分子標記的關(guān)聯(lián)，3種重要營養(yǎng)功能成分的部分定位結(jié)果與其相關(guān)分析是一致的，說明蛋白質(zhì)和功能成分之間的遺傳關(guān)系較緊密，這將有助于營養(yǎng)功能成分的聚合，篩選和培育出高蛋白高功能成分含量的大麥新品種。而這幾種成分是由同一基因還是多個緊密連鎖的基因控制及具體的遺傳關(guān)聯(lián)機制仍將有待于利用更高密度的連鎖圖譜和進一步精細定位深入探究。

4 結(jié)論

大麥籽粒營養(yǎng)功能成分之間的相關(guān)性分析表明，蛋白質(zhì)、總黃酮與GABA含量之間呈極顯著正相關(guān)。其QTL定位和遺傳效應(yīng)分析表明，控制蛋白質(zhì)含量的9個QTL分別定位于1H、2H、4H、6H和7H這5條染色體上；控制總黃酮含量的7個QTL分別定位于2H、5H、6H和7H這4條染色體上；控制GABA含量的4個QTL分別定位于4H、5H、6H和7H這4條染色體上。其中控制蛋白質(zhì)含量的2個QTL、總黃酮含量的1個QTL至少在兩年試驗均可檢測到，GABA含量QTL僅在單一年份被檢測到，說明GABA含量相關(guān)QTL受環(huán)境影響較大。控制蛋白質(zhì)含量基因與總黃酮含量基因同位于2H、6H和7H染色體，控制蛋白質(zhì)含量基因與GABA含量基因重合在4H、6H和7H染色體，控制總黃酮含量基因與GABA含量基因同位于5H、6H和7H染色體，尤其是6H Ebmac0806— GBM1270區(qū)間都影響蛋白質(zhì)、總黃酮和GABA含量，且加性作用方向一致，有極顯著相關(guān)性。親本紫光芒裸二棱和Schooner均有提供增效的等位基因。因此，大麥籽粒蛋白質(zhì)、總黃酮和GABA含量的相關(guān)性分析與其部分QTL定位結(jié)果是一致的，揭示了蛋白質(zhì)和功能成分含量之間緊密的遺傳關(guān)系。

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（責任編輯 李莉）

QTL Mapping of Protein and Related Functional Components Content in Barley Grains

YANG XiaoMeng1,2,3, DU Juan1,3, ZENG YaWen1,3, PU XiaoYing1,3, YANG ShuMing1,3, YANG Tao1,3, WANG LuXiang4,YANG JiaZhen1,3
(1Biotechnology and Genetic Resources Institute, Yunnan Academy of Agricultural Sciences, Kunming 650223;2College of Agronomy and Biotechnology, Yunnan Agricultural University, Kunming 650201;3Agricultural Biotechnology Key Laboratory of Yunnan Province, Kunming 650223;4Institute of Quality Standards and Testing Technology , Yunnan Academy of Agricultural Sciences, Kunming 650223)

barley; grains; protein; total flavonoids; GABA; correlation; QTL

2016-07-11；接受日期：2016-10-09

國家自然科學(xué)基金（31260326）、國家現(xiàn)代（農(nóng)業(yè)）產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項（CARS-05）、云南省科技惠民計劃（2014RA060）、云南省技術(shù)創(chuàng)新人才培養(yǎng)項目（2011CI059，2012HB050）

聯(lián)系方式：楊曉夢，Tel：15887841305；E-mail：yxm89ccf@126.com。通信作者曾亞文，Tel：13085395543；E-mail：zengyw1967@126.com

Abstract: 【Objective】The objective of this study is to identify the QTLs controlling protein content, total flavonoids content, gamma-aminobutyric acid (GABA) content in barley grains and analyze their correlation, which could be a theoretical basis for genetic modification, gene cloning and molecular assisted breeding of the functional barley. 【Method】Based on two-year experiment data, a barley SSR genetic linkage map constructed by a total of 193 RIL population derived from the cross between Ziguangmangluoerleng (female parent) and Schooner (male parent) and the Inclusive Composite Interval Mapping(ICIM) method was used to identify the QTLs of protein, total flavonoids and GABA content. The correlations among the contents of three components were also analyzed. 【Result】 The two parents and RIL population have significant differences in protein, total flavonoids, and GABA content, showed continuous variation and normal distribution, which are suitable for QTL mapping. The map covered 2224.29cM with a mean density of 16.48cM per locus, including 7 linkage groups and 135 marker loci. A total of 20 QTLs for protein content, total flavonoids content, GABA content were detected. Nine QTL for protein content were localized on chromosomes 1H, 2H, 4H, 6H and 7H. It explained phenotypic variation range from 4.11% to 18.86%, 3 major QTL were localized on 6H and 7H, which explained 13.30%, 15.45% and 18.86% phenotypic variance. Two of the same QTL loci were found that localized on 4H BMAG0740-BMAG0808 and 6H Ebmac0806-GBM1270 based on two-year experiment. Seven QTL for total flavonoids content were localized on chromosomes 2H, 5H, 6H and 7H. It explained phenotypic variation range from 6.06% to 29.01%, 5 major QTL were localized on 2H, 6H and 7H, which explained 10.38%, 15.27%, 17.55%, 24.17% and 29.01% phenotypic variance. One of the same QTL loci was found that localized on 7H EBmatc0016-Bmag0206 based on two-year experiment. Four QTL for GABA content were localized on chromosome 4H, 5H, 6H and 7H. It explained phenotypic variation range from 5.44% to 14.87%, the highest phenotypic variance was 14.87%, which localized on 7H. QTLs controlling protein content and total flavonoids content were mapped and mainly localized on 2H, 6H and 7H, QTLs controlling protein content and GABA content were mainly localized on 4H, 6H and 7H, QTLs controlling total flavonoids content and GABA content were mainly localized on 5H, 6H and 7H. So QTLs for three components were mainly localized on 6H and 7H, especially on the 6H Ebmac0806-GBM1270 interval, and they all affected protein, total flavonoids and GABA content, the contribution rates of additive effects were the same, and there was a significantly correlation. The correlation analysis showed that the significantly positive correlations were existed among protein, total flavonoids and GABA content. 【Conclusion】the correlations of protein content, total flavonoids content, GABA content are consistent with the correlations of QTLs controlling those components. It revealed the close genetic relationship between protein and functional components.