大麥花序由三聯(lián)小穗構(gòu)成，三聯(lián)小穗中側(cè)小穗結(jié)實與否產(chǎn)生了二棱和六棱大麥的分化。棱數(shù)直接影響籽粒產(chǎn)量，是大麥重要的馴化性狀。已有研究表明，大麥棱型主要由Vrs1（six-rowed spike1）基因決定，已鑒定出7種主要的等位基因：二棱大麥中的Vrs1.b2、Vrs1.b3和Vrs1.b4和六棱大麥中的vrs1.a1、vrs1a2、vrs1.a3和vrs1.a4。野生型Vrs1.b對側(cè)小穗發(fā)育具有抑制作用，而突變型vrs1.a多為功能缺失型突變，喪失了對側(cè)小穗發(fā)育的抑制作用。六棱大麥中的vrs1.a4與二棱大麥中的Vrs1.b4擁有相同的編碼序列，但學(xué)界尚不清楚攜帶vrs1.a4的大麥產(chǎn)生六棱性狀的決定因素。

 

　　中國科學(xué)院成都生物研究所作物分子育種項目組副研究員龍海團隊在青藏高原地區(qū)的二棱和六棱大麥種質(zhì)中分別鑒定到Vrs1.b4和vrs1.a4等位基因。遺傳分析表明這些大麥中棱數(shù)的變化受單基因控制。通過BSA-seq、分子標(biāo)記等技術(shù)，研究人員將該基因定位在2H染色體0.08-cM（~554-kb）的目標(biāo)區(qū)間內(nèi)，其中Vrs1是最可能的候選基因。通過分析定位群體后代以及攜帶Vrs1.b4和vrs1.a4的不同大麥品種（系）中Vrs1的表達豐度發(fā)現(xiàn)，vrs1.a4的表達顯著低于Vrs1.b4，與六棱表型共分離，證實Vrs1表達下調(diào)是導(dǎo)致攜帶vrs1.a4大麥六棱性狀產(chǎn)生的原因。對Vrs1及其調(diào)控區(qū)的DNA甲基化分析發(fā)現(xiàn)，Vrs1的表達下調(diào)與DNA甲基化無關(guān)。

 

　　通過Sanger測序分析，研究人員在Vrs1編碼區(qū)上游約1 kb鑒定到一段此前未被報道的“TA”短串聯(lián)重復(fù)（Short tandem repeats，STRs）區(qū)。與Vrs1.b4相比，vrs1.a4在該區(qū)域內(nèi)存在單個“TA”的缺失。在人類和擬南芥中的研究表明，STRs能夠調(diào)控基因的表達。vrs1.a4啟動子區(qū)“TA”的缺失是否是導(dǎo)致其表達量下調(diào)的原因及其潛在機制值得進一步研究。該研究從遺傳及分子水平證實了攜帶vrs1.a4大麥六棱性狀產(chǎn)生的原因，為進一步深入解析大麥側(cè)小穗發(fā)育的分子調(diào)控機制奠定了基礎(chǔ)。

 

　　相關(guān)研究成果以Genetic and molecular characterization of determinant of six-rowed spike of barley carrying vrs1.a4為題，在線發(fā)表在Theoretical and Applied Genetics上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金、中科院科技服務(wù)網(wǎng)路計劃（STS計劃）、西藏自治區(qū)重大科技專項、四川省農(nóng)作物分子育種平臺項目、四川省麥類作物創(chuàng)新團隊等的資助。