近日，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)植物科學(xué)技術(shù)學(xué)院任喜峰教授團(tuán)隊(duì)在Nature Communications上在線發(fā)表了題為“Unraveling the regulatory network of barley grain metabolism through the integrative analysis of multiomics and mQTL”的研究論文。該研究構(gòu)建了大麥籽粒發(fā)育過程的全局共表達(dá)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。利用該網(wǎng)絡(luò)挖掘了調(diào)控黃酮代謝的轉(zhuǎn)錄因子和結(jié)構(gòu)基因，重構(gòu)了大麥籽粒中黃酮生物合成的代謝通路。同時(shí)，利用該調(diào)控網(wǎng)絡(luò)揭示了HvC1-1和HvMYC-1調(diào)控大麥籽粒顏色分化的新機(jī)制，對(duì)大麥籽粒營養(yǎng)價(jià)值的開發(fā)利用具有重要的意義。
大麥作為全球第四大禾谷類作物，兼具飼用、釀造與營養(yǎng)保健等多種功能。近年來，大麥（Hordeum vulgare L.）因其籽粒中富含多種營養(yǎng)活性物質(zhì)（黃酮、酚酸、維生素等）而受到更多關(guān)注。該研究以“華矮11×華大麥6號(hào)”大麥DH群體為材料，系統(tǒng)分析了大麥籽粒發(fā)育過程中營養(yǎng)活性物質(zhì)的動(dòng)態(tài)積累模式及其遺傳調(diào)控機(jī)制，構(gòu)建了大麥籽粒發(fā)育的共表達(dá)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，從中挖掘出大量調(diào)控黃酮、酚酸、氨基酸、維生素等重要代謝產(chǎn)物生物合成的候選基因。通過體外酶活驗(yàn)證和轉(zhuǎn)錄調(diào)控分析，解析了大麥籽粒黃酮代謝通路中關(guān)鍵結(jié)構(gòu)基因的功能及與轉(zhuǎn)錄因子間的調(diào)控關(guān)系，重構(gòu)了該通路的代謝與調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。首次在大麥中驗(yàn)證了NAC轉(zhuǎn)錄因子HvNAC-1和MYB轉(zhuǎn)錄因子HvMYB-1之間的蛋白質(zhì)相互作用，進(jìn)一步提出了大麥籽粒黃酮代謝的調(diào)控新模型，即在籽粒發(fā)育早期，黃酮合成通路開啟，黃酮類單體大量合成；至籽粒發(fā)育后期，黃酮通路關(guān)閉，黃酮類單體進(jìn)行糖基化等修飾反應(yīng)，而HvNAC-1和HvMYB-2在其中發(fā)揮關(guān)鍵的“開關(guān)”調(diào)控作用。
同時(shí)，團(tuán)隊(duì)利用構(gòu)建的大麥籽粒發(fā)育共表達(dá)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)一步解析了由多個(gè)代謝物協(xié)同調(diào)控的籽粒顏色分化的新機(jī)制。通過將“華矮11×華大麥6號(hào)”大麥DH群體籽粒顏色性狀的QTL與構(gòu)建的大麥籽粒共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)整合，鑒定出已知基因簇MbHF35（HvMYB4H、HvMYC4H和HvHF35）和2個(gè)調(diào)控籽粒顏色的新遺傳熱點(diǎn)，通過對(duì)2個(gè)新熱點(diǎn)的候選基因HvMYC-1和HvC1-1在大麥和擬南芥中的遺傳轉(zhuǎn)化和功能分析以及3個(gè)位點(diǎn)的單倍型分析，結(jié)果表明3個(gè)位點(diǎn)共同決定了大麥籽粒顏色的分化，其中HvC1-1和HvMYC-1可有效補(bǔ)償MbHF35基因簇中HvMYB4H和HvMYC4H的功能缺陷，從而確保HvHF35的正常表達(dá)來加深大麥的籽粒顏色。
華中農(nóng)業(yè)大學(xué)植物科學(xué)技術(shù)學(xué)院博士研究生宋瑞蓮和王一翔為該論文的共同第一作者，任喜峰教授和湖北省農(nóng)科院孫龍清博士為該論文的共同通訊作者。華中農(nóng)業(yè)大學(xué)孫東發(fā)教授和加拿大圣瑪麗大學(xué)Genlou Sun教授對(duì)該研究提供了大力支持，植物科學(xué)技術(shù)學(xué)院已畢業(yè)博士生王其飛和碩士生李艷君、張思裕參與了該研究。本研究得到了大麥青稞產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項(xiàng)目的資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-60501-1
日期：2025-08-13
大麥作為全球第四大禾谷類作物，兼具飼用、釀造與營養(yǎng)保健等多種功能。近年來，大麥（Hordeum vulgare L.）因其籽粒中富含多種營養(yǎng)活性物質(zhì)（黃酮、酚酸、維生素等）而受到更多關(guān)注。該研究以“華矮11×華大麥6號(hào)”大麥DH群體為材料，系統(tǒng)分析了大麥籽粒發(fā)育過程中營養(yǎng)活性物質(zhì)的動(dòng)態(tài)積累模式及其遺傳調(diào)控機(jī)制，構(gòu)建了大麥籽粒發(fā)育的共表達(dá)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，從中挖掘出大量調(diào)控黃酮、酚酸、氨基酸、維生素等重要代謝產(chǎn)物生物合成的候選基因。通過體外酶活驗(yàn)證和轉(zhuǎn)錄調(diào)控分析，解析了大麥籽粒黃酮代謝通路中關(guān)鍵結(jié)構(gòu)基因的功能及與轉(zhuǎn)錄因子間的調(diào)控關(guān)系，重構(gòu)了該通路的代謝與調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。首次在大麥中驗(yàn)證了NAC轉(zhuǎn)錄因子HvNAC-1和MYB轉(zhuǎn)錄因子HvMYB-1之間的蛋白質(zhì)相互作用，進(jìn)一步提出了大麥籽粒黃酮代謝的調(diào)控新模型，即在籽粒發(fā)育早期，黃酮合成通路開啟，黃酮類單體大量合成；至籽粒發(fā)育后期，黃酮通路關(guān)閉，黃酮類單體進(jìn)行糖基化等修飾反應(yīng)，而HvNAC-1和HvMYB-2在其中發(fā)揮關(guān)鍵的“開關(guān)”調(diào)控作用。
同時(shí)，團(tuán)隊(duì)利用構(gòu)建的大麥籽粒發(fā)育共表達(dá)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)一步解析了由多個(gè)代謝物協(xié)同調(diào)控的籽粒顏色分化的新機(jī)制。通過將“華矮11×華大麥6號(hào)”大麥DH群體籽粒顏色性狀的QTL與構(gòu)建的大麥籽粒共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)整合，鑒定出已知基因簇MbHF35（HvMYB4H、HvMYC4H和HvHF35）和2個(gè)調(diào)控籽粒顏色的新遺傳熱點(diǎn)，通過對(duì)2個(gè)新熱點(diǎn)的候選基因HvMYC-1和HvC1-1在大麥和擬南芥中的遺傳轉(zhuǎn)化和功能分析以及3個(gè)位點(diǎn)的單倍型分析，結(jié)果表明3個(gè)位點(diǎn)共同決定了大麥籽粒顏色的分化，其中HvC1-1和HvMYC-1可有效補(bǔ)償MbHF35基因簇中HvMYB4H和HvMYC4H的功能缺陷，從而確保HvHF35的正常表達(dá)來加深大麥的籽粒顏色。
華中農(nóng)業(yè)大學(xué)植物科學(xué)技術(shù)學(xué)院博士研究生宋瑞蓮和王一翔為該論文的共同第一作者，任喜峰教授和湖北省農(nóng)科院孫龍清博士為該論文的共同通訊作者。華中農(nóng)業(yè)大學(xué)孫東發(fā)教授和加拿大圣瑪麗大學(xué)Genlou Sun教授對(duì)該研究提供了大力支持，植物科學(xué)技術(shù)學(xué)院已畢業(yè)博士生王其飛和碩士生李艷君、張思裕參與了該研究。本研究得到了大麥青稞產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項(xiàng)目的資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-60501-1
日期：2025-08-13
