β-葡聚糖具有降血脂、調(diào)整血糖等多種保健功能，對(duì)食品加工也有重要的影響。大麥?zhǔn)铅?葡聚糖含量較高的作物，β-葡聚糖已是大麥品質(zhì)育種的重要目標(biāo)之一，但是其含量差異的機(jī)制還不明確，難以進(jìn)行大麥β-葡聚糖含量靶向育種。
近日，中國(guó)科學(xué)院成都生物研究所麥類作物分子育種與應(yīng)用創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)在大麥β-葡聚糖含量差異機(jī)制解析中取得突破。研究人員發(fā)現(xiàn)大麥直鏈淀粉與β-葡聚糖含量顯著負(fù)相關(guān)，基于直鏈淀粉合成的關(guān)鍵基因--Waxy基因的突變型大麥材料，構(gòu)建了高、低β-葡聚糖含量大麥混池，聯(lián)合轉(zhuǎn)錄組、蛋白組和代謝組分析，發(fā)現(xiàn)Waxy基因功能缺失突變體β-葡聚糖含量升高與脅迫響應(yīng)，尤其是與脫落酸（ABA）信號(hào)響應(yīng)增強(qiáng)有關(guān)。結(jié)合酵母雜交、BiFC等方法，鑒定到四個(gè)與β-葡聚糖合成重要基因CsLF6的轉(zhuǎn)錄因子ILR3、BTF3、RGGA和PR13，這些基因均參與脅迫響應(yīng)，并在高β-葡聚糖含量大麥中保持較高的表達(dá)水平。進(jìn)一步通過(guò)基因功能研究，發(fā)現(xiàn)脫落酸脅迫誘導(dǎo)蛋白基因(ABA stress ripening induced protein 1，ASR1)可正向調(diào)控β-葡聚糖合成，當(dāng)ASR1表達(dá)上調(diào)時(shí)，CsLF6的表達(dá)水平及β-葡聚糖合成底物UDPG的濃度隨之升高。該研究為β-葡聚糖含量差異機(jī)制的解析展現(xiàn)了新的視角，為進(jìn)一步發(fā)掘β-葡聚糖含量差異的關(guān)鍵基因提供了重要基礎(chǔ)。
相關(guān)研究成果以“β-Glucan content increase in Waxy-mutated barley is closely associated with positive stress responses and is regulated by ASR1”為題發(fā)表于SCI一區(qū)TOP期刊《Carbohydrate Polymers》。論文第一作者為中國(guó)科學(xué)院成都生物研究所青年副研究員李俏，通訊作者為潘志芬研究員。該項(xiàng)研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金聯(lián)合基金項(xiàng)目（U20A2026）、第二次青藏高原綜合科學(xué)考察研究（2019QZKK0303）、國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目（32201847）、四川省自然科學(xué)基金青年基金等項(xiàng)目的資助（2024NSFSC1205）。
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2024.122536
圖1. 多組學(xué)顯著富集的生物過(guò)程
圖2. 高β-葡聚糖糯大麥中多個(gè)脅迫響應(yīng)過(guò)程增強(qiáng)
圖3. ABA信號(hào)途徑與糯大麥籽粒β-葡聚糖顯著增加密切相關(guān)
圖4. ASR1正向調(diào)控大麥β-葡聚糖合成
圖5. Waxy基因引起的直鏈淀粉含量降低、β-葡聚糖含量升高的推測(cè)機(jī)制