旨在从紫粒青稞'达章紫'和白粒青稞'昆仑12号'中分别克隆具有典型的P450超家族结构域的F3'M基因.序列分析结果表明,该基因序列全长为1 584 bp,共编码527个氨基酸.序列比对发现,'达章紫'与'昆仑12号'中的HvnF3'M序列存在2个碱基差异,一致性为99.87％;氨基酸序列也存在2个差异,一致性为99.62％.理化性质分析表明,两蛋白理论等电点分别为6.85和7.19,分子质量分别为57.01 ku和56.89 ku.蛋白质序列分析表明,HvnF3'M为亲水性稳定的碱性蛋白,'达章紫'中该蛋白主要由α-螺旋、无规卷曲、延伸链和β转角组成;'昆仑12号'中该蛋白主要由α-螺旋、无规卷曲和延伸链组成.系统进化分析表明,在11种禾本科植物种中,两品种的F3'M蛋白与大麦的亲缘进化关系最近,与玉米亲缘关系最远.荧光定量PCR(RT-qPCR)分析表明,随着籽粒颜色的形成(尤其是在晚期),'达章紫'HvnF3'M基因的表达量呈现极显著升高(P＜0.01);而'昆仑12号'HvnF3'M基因表达量呈现逐渐下降的趋势.从研究结果推测,HvnF3'M基因与青稞籽粒颜色的形成有着密切联系,且在籽粒花青素形成过程中起正向调控作用.

2-hydroxyisoflavanone dehydratase (HID) plays an important role in isoflavone biosynthesis. In this study, HID was isolated from the seeds of the purple-grained Tibetan hulless barley variety Nerumuzha and the white-grained variety Kunlun 10. The HvnHID gene includes the 981 bp open reading frame and encodes a protein of 327 amino acids. It has a typical Abhydrolase_3 domain (78-306) and belongs to the carboxylesterase (CXE) family of the Abhydrolase_3 (α/β hydrolase) superfamily. There are eight nucleotide differences in the HvnHID coding sequence and two amino acid differences (one in the Abhydrolase_3 domain) between Nerumuzha and Kunlun 10. The HvnHID of hulless barley has the closest relationship with the HID in Hordeum vulgare, and the most distant relationship in Panicum hallii. At the early-mid stage of the seed colour development, the HvnHID expression levels in the purple and black seeds were significantly higher than in the white and blue ones (P < 0.01). During the seed colour development of purple-grained hulless barley, the expression of the key genes (HvnF3'H, HvnDRF, HvnANT1, and HvnGT) in the anthocyanidin biosynthetic pathway increased significantly, while the HvnHID expression decreased significantly (P < 0.01). Thus, it is likely that HvnHID negatively regulates the anthocyanidin biosynthesis. This result provides an important basis for further study of the biological functions of HvnHID in the anthocyanidin biosynthetic pathway.

为探究HvnANT1基因在青稞粒色形成过程中的基因表达模式,以紫粒青稞'涅如姆扎'和白粒青稞'昆仑10号'为试材,利用简化基因组GBS(Genotyping-by-Sequencing)对青稞紫粒进行基因定位,克隆到HvnANT1基因,对其进行生物信息学分析.结果表明:1)在7H染色体的84.30-86.00 cM获得1个MYB类转录因子,命名为HvnANT1.2)该基因长1 033 bp,其完整开放阅读框为762 bp,编码253个氨基酸.HvnANT1蛋白分子量为27.14 kU,是亲水性的不稳定碱性蛋白且不存在跨膜结构,无信号肽.该蛋白的二级结构主要是由无规卷曲、α-螺旋、延伸链和β-转角组成,具有2个SANT结构域(分别位于第13—第63个;第66—第114个氨基酸).3)同源比对与系统进化分析表明:青稞HvnANT1蛋白与大麦、乌拉尔图小麦、高粱、玉米、二型花、小米、水稻、土瓶草、车轴草和杨梅10种植物的ANT1蛋白序列相似性分别为100.00％、88.85％、54.64％、60.95％、60.82％、58.46％、57.61％、37.76％、36.05％和36.33％;这些序列都具有2个高度保守的2个SANT结构域;与大麦的亲缘关系最近,其次是与乌拉尔图小麦,与水稻最远.4)亚细胞定位结果表明,该基因定位在细胞核内.5)实时荧光定量PCR(qRT-PCR)结果显示:与籽粒颜色形成的乳熟早期和乳熟晚期相比,软面团期的HvnANT1基因在'涅如姆扎'中表达量极显著上调,而在'昆仑10号'中各时期的表达量较低且差异不显著;且软面团期的'涅如姆扎'籽粒HvnANT1基因的表达量极显著高于'昆仑10号'(P＜0.01).花青素合成相关的结构基因HvnCHI、HvnANS和HvnDFR与该基因表达量模式相似.综上,青稞HvnANT1蛋白结构中的SANT结构域在物种进化过程中比较保守;该基因定位在细胞核内,符合转录因子特性;HvnANT1基因表达模式与结构基因HvnCHI、HvnANS和HvnDFR相似,在籽粒颜色形成的软面团期表达量极显著升高.

青稞是我国青藏高原的主要粮食作物,也是我国藏族同胞的主要口粮.近几年来,由于有色青稞含有丰富的花青素、纤维素、糖类、蛋白质等,得到了人们的喜爱和学者们的关注.本文从有色青稞籽粒颜色的划分、植物花青素的生物学功能及合成调控、有色大麦(青稞)粒色基因的定位3个主要方面简述了有色大麦(青稞)的研究进展,并提出了展望,为人们进一步认识和利用有色大麦(青稞)提供参考,也为青稞粒色基因的定位和相关基因克隆提供依据,期望随着研究的深入,能够培育出优异的有色大麦(青稞)新品种.

该研究以黑粒青稞品种‘黑老鸦’籽粒为材料,克隆了青稞类黄酮3-O-葡萄糖基转移酶基因(HvtUF3GT),获得1 449 bp序列.HvtUF3GT基因包含一个1 434 bp开放阅读框,编码478个氨基酸,理论等电点为5.45,预测蛋白分子量为52 912.58 Da.蛋白质序列分析表明,HvtUF3GT为亲水性的不稳定酸性蛋白,且在C-末端具有一段典型的44个氨基酸PSPG box,在空间结构中含有β-α-β-α-βRossmann折叠结构,属于UDP糖基转移酶基因GT-B型超家族成员.进化树分析表明,HvtUF3GT与小麦族的大麦、乌拉尔图小麦、山羊草和二穗短柄草的糖基转移酶聚为一个分支,且与大麦的亲缘关系最近,与稻族的籼稻和短花稻的亲缘关系较远.半定量和定量PCR结果表明,在‘INB0N-7’蓝粒青稞和‘昆仑12号’白粒青稞的籽粒灌浆后期HvtUF3GT基因不表达,而在黑粒青稞和紫粒青稞中的表达强弱依次为‘黑老鸦’(黑粒)＞‘昆仑17号’(黑粒)＞‘达章紫’(紫粒)＞‘涅如姆扎’(紫粒).研究推测,HvtUF3GT基因在青稞灌浆后期籽粒着色过程中发挥着重要作用.