大麦钩芒突变体的遗传解析

大麦(Hordeum vulgare L.)的芒是其穗部小花的外稃上端延伸出的针状特化结构,内部有绿色组织细胞和维管组织。芒在大麦的防御、光合作用、籽粒自然脱落后在土壤中的固着和萌发出土等方面均具有重要作用。在禾谷类作物中,大麦是少数仍保留着芒结构的栽培作物,在自然群体中其形态变异丰富。研究大麦芒形态的遗传调控与变异分布,具有重要的理论与应用价值。本研究鉴定了1个大麦的钩芒突变体M7966,通过分离群体遗传分析证实该突变由单个显性遗传位点控制;随后利用遗传群体的分离单株混池测序分析,定位和克隆了引起钩芒表型的目标基因HvKNOX3。在突变体中,该基因第4内含子中的一处305 bp序列原位重复与钩芒突变表型共分离;HvKNOX3为homeobox类转录因子,在发育早期1~1.5 cm长的幼穗及播种后35 d的穗轴中特异性表达,在大麦泛基因组包含的20个品种间保守性高,仅在其外显子区域发现少数核苷酸序列变异,其余序列变异均位于非编码区域。通过设计共显性分子标记对我国不同地区来源的238份栽培大麦地方品种进行了基因型鉴定,结果发现该305 bp突变在西藏地方品种中具有较高的分布比例,为钩芒突变起源于喜马拉雅地区的理论假设提供了证据。