澱粉是麥穀類作物籽粒中含量最高的組分，對作物的產量、營養品質、健康價值和加工利用都有重要影響。澱粉合酶IIa（starch synthase IIa，SSIIa）是作物澱粉合成中的關鍵酶，其缺失或不足會造成麥穀類作物中支鏈澱粉鏈長分布改變、直鏈澱粉和膳食纖維含量增加、總澱粉含量和產量下降。關於水稻、玉米等作物中重要的SSIIa自然變異體研究已有報導，但目前還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最重要的民族口糧，在藏族居民健康、區域經濟發展、社會穩定和特色文化形成中發揮著不可替代的重要作用。發掘青稞中澱粉合酶IIa變異體並研究其功能，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。
成都生物所作物分子育種項目組通過電泳分離青稞澱粉顆粒結合蛋白，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，發現由於存在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鑑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對大麥籽粒的澱粉品質、其他籽粒組分和籽粒性狀的影響，發現它們與籽粒硬度關係密切。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佔絕對優勢（5 SSIIaL /19 SSIIaH）, 青稞中SSIIaL佔比很高，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相一致，澳大利亞栽培大麥主要用於啤酒釀造和飼料，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後，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）。本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。
研究結果以題為「Effects of Two Starch Synthase IIa Isoforms on Grain Components and Other Grain Traits in Barley」於2021年1月23日發表在Journal of Agricultural and Food Chemistry（DOI: 10.1021/acs.jafc.0c05445）上。潘志芬副研究員為該論文第一作者和通訊作者。該研究得到第二次青藏高原綜合科學考察研究（2019QZKK0303）和省部共建青稞與犛牛重點實驗室項目（XZNKY-2020-C-007）的資助。
青稞的生長及其利用
大麥SSIIa變異體鑑定、功能差異與群體分布
原文連結：
https://doi.org/10.1021/acs.jafc.0c05445
（來源：中國科學院成都生物研究所）
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