麥類作物粒色形成機(jī)制及基因定位研究進(jìn)展

王燕 姚曉華 安立昆 姚有華 白羿雄 吳昆侖

摘要 有色麥類作物的形成是由于籽粒的種皮或糊粉層中積累了花青素，從而導(dǎo)致其籽粒呈現(xiàn)出多種顏色。有色麥類作物中含有豐富的蛋白質(zhì)、維生素、膳食纖維及礦物微量元素等，兼具抗氧化、延緩衰老、調(diào)理腸胃等多方面保健功能。綜述了國內(nèi)外有關(guān)學(xué)者對于有色麥類作物的主要營養(yǎng)與功能組成成分、植物花青素的合成調(diào)控機(jī)制以及籽粒顏色基因定位3個(gè)方面的相關(guān)研究進(jìn)展，探討了目前有色麥類作物粒色基因定位過程中存在的問題，展望了有色麥類作物的發(fā)展趨勢，以期為今后有色麥類作物籽粒顏色的調(diào)控機(jī)制研究提供理論依據(jù)，也為能夠篩選有利基因，創(chuàng)制有色麥類新種質(zhì)提供參考。

關(guān)鍵詞 麥類作物；籽粒顏色；花青素；基因定位

中圖分類號 S512 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2023）09-0001-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.09.001

Abstract Coloured wheat crops are formed due to the accumulation of anthocyanins in the seed coat or dextrin layer of the seeds， resulting in a variety of colours in the seeds. Coloured wheat crops are rich in protein， vitamins， dietary fibre and mineral trace elements， and have various health functions such as antioxidant， antiageing， and gastrointestinal care. This paper reviews the progress of research on the main nutritional and functional components of coloured wheat crops， the regulatory mechanism of phycocyanin synthesis and the gene localisation of grain colour， discusses the problems in the gene localisation of coloured wheat crops， and outlooks the development trend of coloured wheat crops. We hope to provide a theoretical basis for future research on the regulatory mechanisms of grain colour in coloured wheat crops， and to provide valuable reference information for the screening of favourable genes and the creation of new and superior coloured wheat germplasm.

Key words Wheat crop;Grain colour;Anthocyanin;Gene targeting

基金項(xiàng)目 國家自然科學(xué)基金（31960427）；國家大麥產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項(xiàng)目（CARS-05）；國家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目（2020YFD1001403）。

作者簡介 王燕（1996—），女，四川遂寧人，碩士研究生，研究方向：作物遺傳育種。

*通信作者，副研究員，碩士生導(dǎo)師，從事青稞遺傳育種研究。

隨著人民生活水平的日益提高，麥類作物消費(fèi)向多元化的發(fā)展，普通麥類作物已經(jīng)不能夠完全滿足人們的生活消費(fèi)所需。近年來人們越來越多地通過食用全麥類食品來獲得健康益處，且諸多研究也關(guān)注于谷物組織中植物化學(xué)物質(zhì)的組成、分布和功能特性，使麥類作物的品質(zhì)改良需要向著更多新方向進(jìn)行探索和發(fā)展。有色麥類作物中富含碳水化合物、多酚、膳食纖維、礦物質(zhì)及其他營養(yǎng)物質(zhì)，被認(rèn)為是一種理想的人類健康食品，因此開發(fā)有色麥類作物或許可以作為麥類作物研究的一個(gè)新方向［1］。此外，有色麥類作物是珍貴的麥類種質(zhì)資源，其顏色的呈現(xiàn)與有色麥類作物中富含的天然花色苷類化合物的形成有關(guān)［2-3］。目前，較為常見的有色麥類籽粒顏色主要有藍(lán)色、黑色和紫色，它們分別受不同的顯性基因的控制［4］。再者，有色麥類作物中含有氨基酸、維生素、天然色素及多種微量礦質(zhì)元素等多種人體稀缺的營養(yǎng)成分。這些成分目前已被廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)、生物制藥、化妝品等多個(gè)領(lǐng)域，具有較大的潛在開發(fā)應(yīng)用前景［5-7］，因此進(jìn)一步開發(fā)有色麥類作物的營養(yǎng)資源受到了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。該研究概述了國內(nèi)外學(xué)者對于有色麥類作物的主要營養(yǎng)和功能組成成分、花青素的合成調(diào)控機(jī)制及有色麥類作物粒色基因定位等相關(guān)研究，旨在為今后更深入地研究有色麥類作物的粒色形成機(jī)制和挖掘粒色控制基因提供理論基礎(chǔ)。

1 有色麥類作物主要營養(yǎng)和化學(xué)組分概述

近年來，有色麥類作物因其具有特殊營養(yǎng)價(jià)值和保健功能而備受青睞。有色麥類作物較普通麥類作物而言含有更為豐富的營養(yǎng)成分和化學(xué)組分，尤其是花色苷、蛋白質(zhì)和氨基酸、維生素、膳食纖維、膳食纖維、礦物微量元素等。這些營養(yǎng)組分在食品健康、醫(yī)療保健、美容等領(lǐng)域受到了廣泛關(guān)注。

1.1 花色苷

花色苷是一種天然存在的水溶性色素，它能夠促使許多谷物類、水果和蔬菜等呈現(xiàn)出不同顏色［8-9］?；ㄉ罩砸鹑藗兊呐d趣，主要有兩方面的原因，首先是它們可以作為一種天然著色劑應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域；其次是在人類健康領(lǐng)域具有重要作用，如有色麥類作物中所含有的天然花色苷種類較為豐富，在促進(jìn)人體健康和預(yù)防心血管疾病等方面的作用效果顯著［10-11］。葉琳［12］通過采用超高效液相色譜-四極桿-飛行時(shí)間質(zhì)譜儀測定了紫粒小麥科興617、藍(lán)粒小麥科興611以及普通白粒小麥濟(jì)麥22中的花青素種類與含量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，3種小麥中共鑒定得到14種花色苷單體，尤以紫粒小麥科興617中的花色苷種類最多，共計(jì)11種；藍(lán)粒小麥科興611中的花青素種類次之，含有9種；普通白粒小麥濟(jì)麥22花青素種類最少，僅含3種。趙善倉等［13］應(yīng)用極管陣列檢測器液相色譜法（HPLC-PDA）和串聯(lián)超高效液相色譜-串聯(lián)四級桿質(zhì)譜（UPLC-MS/MS）分別對藍(lán)粒小麥、紫粒小麥紫繁3、白粒小麥遠(yuǎn)5987-88和黑小麥76 4種有色小麥籽粒中的花色苷提取物進(jìn)行全波段掃描，共鑒定出14種不同類型的花色苷，其中黑小麥76和藍(lán)粒小麥包含了9種花色苷；紫粒小麥紫繁3包含了8種花色苷，白粒小麥遠(yuǎn)5987-88僅包含了7種花色苷。Abdel-Aal等［14］通過對黃色大麥和紫色大麥進(jìn)行花色苷種類與含量檢測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)2種有色大麥中共檢測出17種花色苷單體，均包含飛燕草花色素-3-葡萄糖苷、牽?；ㄉ?3-葡萄糖苷等重要花色苷成分，但紫色大麥中含有4種已知花色苷成分和其他9種未被識別的花色苷成分，而黃色大麥中僅檢測到5種花色苷成分。Zhang等［9］利用液相色譜-質(zhì)譜（LC-MS）對紫青稞麩皮中的花青素提取物進(jìn)行成分與表征分析，結(jié)果共發(fā)現(xiàn)6種花色苷?？梢姡m然花色苷在不同顏色麥類作物中所含成分略有差異，但與白粒相比，有色麥類作物中花色苷成分多樣且含量豐富。

研究表明，花色苷具有抗氧化［15］、抗腫瘤［16-17］、降低心血管疾?。?8］、抗阿爾茲海默癥［19］等多種功能，符合人們對健康、營養(yǎng)、綠色食品的發(fā)展要求。另外，以往研究中也證實(shí)了花色苷在防止紫外光照射，減緩輻射造成的皮膚表面損傷等方面效果顯著，可被用于化妝品與相關(guān)美容制品的生產(chǎn)［20］。此外，花色苷作為一種天然的色素，還可作為多種顏色的著色劑應(yīng)用于食品加工領(lǐng)域［21］。因此，開發(fā)有色麥類作物中的花色苷成分對于麥類作物資源的開發(fā)和利用具有重要意義。

1.2 蛋白質(zhì)和氨基酸

有色麥類作物中的蛋白質(zhì)與氨基酸含量總體高于普通麥類作物，營養(yǎng)價(jià)值較為豐富。研究表明［22］，黑粒小麥76的氨基酸總量比普通白粒小麥增加了29.8%，顯著高于普通小麥；且黑粒小麥76所含的人體所需8種必需氨基酸以及9種非必需氨基酸含量與普通小麥相比增加了約30%。袁園園等［23］通過測定有色小麥中蛋白質(zhì)含量發(fā)現(xiàn)，藍(lán)、紫粒小麥中蛋白質(zhì)含量分別達(dá)到15.98%和1538%，普通小麥為12.38%，其蛋白質(zhì)含量顯著優(yōu)于普通小麥。張帥等［24］測定了7份白粒青稞品種、6份黑粒青稞品種以及2份紫粒青稞品種的蛋白質(zhì)含量，發(fā)現(xiàn)有色麥類品種中的蛋白質(zhì)平均含量比白色青稞品種中的蛋白質(zhì)平均含量高出了19.85%。綜合分析以上研究發(fā)現(xiàn)，有色麥類作物中蛋白質(zhì)與氨基酸含量及種類顯著高于普通麥類作物。蛋白質(zhì)和氨基酸作為人類生理機(jī)能中細(xì)胞、組織、器官中的重要組成成分，它具有供給生長、修補(bǔ)和更新所需營養(yǎng)等多種生理功能［25］。因此，人體為了滿足自身的生長發(fā)育需要，保證攝入足夠的構(gòu)成人體蛋白質(zhì)和多種氨基酸原料，有色麥類作物是一個(gè)很好的選擇。

1.3 維生素

有色麥類作物中維生素的總體含量較高，在人體營養(yǎng)中起著重要作用。Lachman等［26］采用高效液相色譜-熒光法測定了彩粒小麥的生育甾醇含量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)紫粒和藍(lán)粒小麥品系中含有較高的β+γ維生素E。Guo等［27］通過研究紫小麥的營養(yǎng)特性，以1個(gè)白小麥品種作為對照，比較了7個(gè)紫小麥品系中的41種營養(yǎng)物質(zhì)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)紫小麥中所含的β+γ維生素E超過了對照的300%。研究表明，豐富的β+γ維生素E具有抗氧化、對抗自由基及抑制過氧化脂質(zhì)生成等功能，被人體吸收后可有效祛除黃褐斑、抑制酪氨酸酶活性，達(dá)到減少黑色素生成的功效［27］。梁寒峭等［28］通過對黑青稞中的維生素種類進(jìn)行檢測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)黑青稞中維生素種類多樣，尤其是B族維生素較為突出，總量為9.53 mg/100 g，其中煙酸的含量最高，通常B族維生素參與人體新陳代謝中的關(guān)鍵代謝反應(yīng)?？梢?，與白色麥類相比，有色麥類作物中維生素種類和含量較為豐富。有色麥類在補(bǔ)充人體所需的關(guān)鍵維生素、有效增強(qiáng)人體抗氧化能力以及參與人體內(nèi)的關(guān)鍵代謝功能等方面發(fā)揮重要作用。

1.4 膳食纖維

在現(xiàn)代營養(yǎng)學(xué)中，膳食纖維被稱為“第七大營養(yǎng)素”，它在預(yù)防肥胖、減緩心血管疾病、糖尿病、甚至癌癥等現(xiàn)代“文明病”中發(fā)揮著重要作用［29-30］。安震［31］測定了24份藍(lán)、紫色青稞籽粒的花青素、膳食纖維、β-葡聚糖和總黃酮等營養(yǎng)成分含量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)供試青稞資源的膳食纖維含量在14.70～21.70 g/100 g，平均含量達(dá)到17.98 g/100 g，具有較高含量的膳食纖維組分。Rakha等［32］測定了黑小麥的總膳食纖維，含量為13%～16%，主要由阿拉伯糖基木聚糖（6.8％）、果聚糖（2.3％）、纖維素（2.1％）等成分組成。且黑小麥籽粒中的膳食纖維主要由可溶性多糖與水溶性纖維素源組成，含量是普通淺色小麥的2～3倍［33］。雖然這些有色麥類籽粒中膳食纖維含量不一，但普遍高于普通麥類作物，可以基本滿足人體所需膳食纖維需要，這對于提高人體腸胃蠕動和生長代謝具有重要意義。

1.5 礦物微量元素

礦物微量元素對于人體內(nèi)的酶類活性催化及生理功能具有重要意義。研究表明，彩色小麥中純天然的微量元素以鐵、鋅、硒、碘為主，其含量超過目前國家正推行的“7+1”營養(yǎng)強(qiáng)化面粉中的微量元素的規(guī)定［34］。蘇東民等［35］發(fā)現(xiàn)黑小麥的礦物質(zhì)元素尤以硒、錳與碘的含量比較豐富。可見，有色麥類作物能夠形成豐富的礦物微量元素，長期食用可有效地補(bǔ)充人體所需的大部分礦物微量元素。

2 有色麥類花青素的合成調(diào)控

2.1 花青素的種類及功能

花青素（anthocyanins）屬于類黃酮化合物，是植物中的一組水溶性植物色素，賦予許多花、果實(shí)和葉片多種顏色，包括粉紅色、紅色、紫色和藍(lán)色等［36］?；ㄇ嗨刂饕梢粋€(gè)3碳單位連結(jié)（C6-C3-C6）2個(gè)苯環(huán)構(gòu)成［37］。目前已被報(bào)道的花青素種類約有100多種，以錦葵花青素、天竺葵花青素、飛燕草花青素、芍藥花青素、牽?；ɑㄇ嗨睾褪杠嚲栈ㄇ嗨?種在植物內(nèi)較為常見［38-39］。再者，自然界中花青素很少以游離態(tài)存在，通常是以結(jié)合單糖或低聚糖形成花色苷結(jié)構(gòu)存在，在植物整個(gè)生長周期中扮演著重要角色，如減輕寒冷、耐干旱和抗紫外線照射等方面，以及吸引傳粉昆蟲（如蜜粉）和相關(guān)動物（如鳥類）進(jìn)行授粉和種子傳播等方面發(fā)揮重要作用［40］。同時(shí)，花青素在對人體保健方面也起著一定的作用，花青素具有抗衰老、抑菌、抗炎和保護(hù)視力等多種功效，能夠降低動物機(jī)體內(nèi)的氧化應(yīng)激［41-42］和炎癥［6］反應(yīng)，還可通過血腦屏障送達(dá)大腦組織起到保護(hù)神經(jīng)的作用。

2.2 與籽粒顏色相關(guān)的花青素合成調(diào)控機(jī)制

有色麥類作物籽粒顏色的多樣性主要受到了花青素合成途徑的影響，目前已被廣泛證實(shí)。研究發(fā)現(xiàn)，有色麥類作物籽粒顏色如紫粒、藍(lán)粒、紅粒、黃粒、黑粒等主要與花青素合成過程中花青素產(chǎn)生途徑、原花青素產(chǎn)生途徑及鞣紅（鞣酐）產(chǎn)生途徑等代謝合成途徑有關(guān)［43-45］。例如，小麥的黃色籽粒與原花青素的合成代謝途徑有關(guān)，大麥的黑色籽粒與鞣紅（鞣酐）產(chǎn)生合成代謝途徑有關(guān)，小麥和大麥紫粒、藍(lán)粒、紅粒的形成主要與花青素產(chǎn)生途徑有關(guān)［44-46］。同時(shí)，已有諸多研究表明花青素的合成途徑主要是發(fā)生在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上，受到了結(jié)構(gòu)基因、調(diào)節(jié)基因和轉(zhuǎn)運(yùn)因子相關(guān)的基因所調(diào)控［45］。其中，調(diào)節(jié)基因主要包含了R2R3－MYB、WD40和MYC家族的bHLH多藥和有毒化合物排出家族（multidrug and toxic compound extrusion，簡稱MATE）、轉(zhuǎn)運(yùn)子基因包括谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶（glutathioneS－transferases，簡稱GST）等［46-51］。

花青素通過細(xì)胞質(zhì)中苯丙素和類黃酮途徑合成的苯丙氨酸被轉(zhuǎn)運(yùn)到植物液泡中［52-53］。其生物的合成主要分為3個(gè)階段：第一階段為苯丙氨酸（phenylalanine）和乙酸（aceticacid）在一系列的催化轉(zhuǎn)運(yùn)酶的基礎(chǔ)上催化轉(zhuǎn)化合成為花青素直接前體；第二階段為類黃酮合成代謝途徑，從p-香豆酰輔酶A（p-coumaroyl-CoA）和丙二酰輔酶A（malonyl-CoA）開始，直到形成二氫黃酮醇；第三階段為花青素的生成階段，即二氫黃酮醇經(jīng)過二氫黃酮醇4-還原酶（dihydroflavonol-4-reductase，DFR）的催化生成無色花色苷，再經(jīng)過花色苷合成與轉(zhuǎn)化途徑的相關(guān)酶進(jìn)行催化形成有色花色素［54-55］。最后，這些修飾的花色素被谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶（GST）從細(xì)胞質(zhì)中運(yùn)輸?shù)揭号葜校?5］。此外，對于有各個(gè)階段所涉及的酶或結(jié)構(gòu)基因在不同階段受到了相關(guān)酶或結(jié)構(gòu)基因的調(diào)控，目前已報(bào)道調(diào)控籽粒顏色相關(guān)結(jié)構(gòu)酶有19個(gè)（表1）：第一階段所涉及的酶主要包括了苯丙氨酸解氨酶（phenylalanine ammonia-lyase，PAL）、4-香豆酸輔酶A連接酶（4-coumaricacid：CoA ligase，4CL）等；第二階段主要涉及的酶有查耳酮合成酶（chalcone synthase，CHS）、類黃酮3’，5’－羥化酶（flavonoid 3’，5’-hydroxylase）、黃烷酮3-羥化酶（flavanone 3-hydroxylase）等；

第三階段涉及的酶有二氫黃酮醇4-還原酶（dihydroflavonol-4-reductase，DFR）、花青素苷合成酶（anthocyanidin aynthase，ANS）、尿苷二磷酸-葡萄糖等［55-57］。

花青素的合成、轉(zhuǎn)運(yùn)和積累還受到多種轉(zhuǎn)錄因子（如MYB、MYC、b HLH、b ZIP、WD40、WRKY等）的特異性調(diào)控［55，58］。這些轉(zhuǎn)錄因子通過與結(jié)構(gòu)基因的協(xié)作方式共同調(diào)控花青素的生物合成［55］。它們通過識別結(jié)構(gòu)基因啟動子特定區(qū)域與啟動子結(jié)合，從而達(dá)到促進(jìn)或抑制花青素生物合成的作用，且不同植物花青素合成過程中轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控的結(jié)構(gòu)基因有所差異［58］。

3 麥類作物粒色基因定位研究進(jìn)展

基因定位是現(xiàn)代分子育種的基礎(chǔ)，基因定位的方法有多種，如體細(xì)胞雜交、原位雜交、連鎖分析基因定位等，其中連鎖分析基因定位分為初步定位和精細(xì)定位［59］。初步定位是將數(shù)量性狀基因座定位在染色體上某個(gè)較大的區(qū)域內(nèi)，為10～30 cM，可以定位到一個(gè)或多個(gè)基因座，往往不能確定該目標(biāo)基因位點(diǎn)在基因組上的具體位置［59-60］。精細(xì)定位是在初步定位的基礎(chǔ)上，針對目標(biāo)基因位點(diǎn)所在區(qū)域，構(gòu)建遺傳背景相同的次級分離群體，在已構(gòu)建的遺傳圖譜的基礎(chǔ)上探索新的分子標(biāo)記，對現(xiàn)有的圖譜進(jìn)行補(bǔ)充，不斷增大分子標(biāo)記的密度，將目標(biāo)基因位點(diǎn)控制在一個(gè)更精確的區(qū)間內(nèi)［59-60］?；蚨ㄎ坏墓ぞ甙ǘ喾N分子標(biāo)記技術(shù)，如SSR、SNP、In Del、RAPD、AFLP、SRAP、SCAR等，利用分子標(biāo)記構(gòu)建遺傳連鎖圖譜及高密度遺傳連鎖圖譜，從而將目標(biāo)性狀基因定位于染色體的相應(yīng)位置，完成基因的定位［60］。目前在麥類作物中應(yīng)用最為廣泛的主要有RAPD、SSR、SNP標(biāo)記等［61］，用于基因定位的高通量測序技術(shù)主要包括轉(zhuǎn)錄組測序（RNA－seq）、代謝組測序、SLAF-seq（Specific-locus amplified fragment sequencing）、GBS－seq（Genotyping- by-sequence）等技術(shù)［62-65］。

在大麥籽粒顏色基因定位研究中，Lundqvist等［66］對紫大麥的自然突變體進(jìn)行遺傳分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)紫大麥?zhǔn)艿搅薖re1和Pre2 2個(gè)顯性互補(bǔ)基因調(diào)控，2個(gè)基因分別位于2HL，距大麥中的六棱穗狀花序基因（vrs1）和無原花色素基因（ant2）的遺傳距離分別為17.1和11.2 cM。Lundqvist等［66］對黑粒大麥的粒色基因進(jìn)行遺傳性狀分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)黑大麥主要由1對顯性基因（Blp）調(diào)控，當(dāng)顯性基因（Blp1.b）發(fā)揮調(diào)控作用時(shí)所控制的黑大麥籽粒顏色較深，當(dāng)顯性基因（Blp1.mb）所發(fā)揮調(diào)控作用時(shí)黑大麥顏色中等，而當(dāng)攜帶的顯性基因（Blp1.g）發(fā)揮調(diào)控作用時(shí)黑大麥則顯現(xiàn)出淺黑色或灰色。此外，Shoeva等［43］利用紫色、黑色和無色大麥近等基因系NILs（Near-isogenic lines）的遺傳模型，借助微衛(wèi)星基因分型技術(shù)將大麥中的紫?；颍℉vPLP）定位到了1H染色體上，將黑粒基因（HvBLP）定位到了2H染色體上。Yao等［44］利用紫粒與白粒青稞構(gòu)建的DH（doubled haploid）系，利用簡化基因組測序（GBS－seq）技術(shù)構(gòu)建得到了青稞高密度的遺傳圖譜，在7H上獲得了6個(gè)與青稞紫粒相關(guān)的位點(diǎn)。

在小麥植物籽粒顏色基因定位研究中，彭琴等［67］采用藍(lán)粒小麥GLM170與4個(gè)白粒品種（貴農(nóng)19、農(nóng)麥30、中燕96－3和綿麥301）分別進(jìn)行組配正反交得到其產(chǎn)生的F1和F2子代，用660K基因芯片和標(biāo)記篩選對在貴農(nóng)19×GLM1701組合中選取的F2純藍(lán)粒和純白粒各40個(gè)單株葉片分別組建的顏色性狀混池及親本進(jìn)行基因定位，結(jié)果發(fā)現(xiàn)控制小麥藍(lán)色籽粒的基因位于4D染色體上，特異性標(biāo)記Xgwm165-4D與目的基因的遺傳距離僅為5.8 cM。Jiang等［68］通過轉(zhuǎn)錄組分析紫色果皮中花青素合成相關(guān)基因的分子機(jī)理，鑒定出TaPpm1和TaPpb1 2類轉(zhuǎn)錄因子為紫色果皮中花色苷合成的激活因子，其中TaPpm1為MYB 類調(diào)控蛋白，與之最近的多態(tài)性SSR標(biāo)記為Xgwm44和Xgwm411；TaPp1為MYC類調(diào)控蛋白，與之最近的多態(tài)性SSR 標(biāo)記為Xwmc632和Xgwm47。畢嬋等［69］利用紫色籽粒小麥“農(nóng)大3753”與非紫色籽粒突變體564進(jìn)行雜交，得到F1子代和F2子代的分離群體，發(fā)現(xiàn)與紫粒性狀緊密連鎖的位于7D染色體上的SSR標(biāo)記（Xbarc126），獲得紫粒性狀相關(guān)基因與7D-5-5和7D-4標(biāo)記的遺傳距離分別為4.2和2.6 cM。在2017年，西北農(nóng)林科技大學(xué)Diddugodage Chamila Jeewani［70］使用 InfiniumTM i Select 90K芯片，結(jié)合F2群體粒色性狀進(jìn)行了QTL分析。結(jié)果表明，藍(lán)色性狀在4D染色體上2個(gè)SNP標(biāo)記IWB18525和IWB16381之間有1個(gè)主效QTL位點(diǎn)。

目前利用基因定位技術(shù)對麥類作物籽粒顏色相關(guān)基因進(jìn)行了挖掘，獲得了控制大麥和小麥紫色、黑色和藍(lán)色的候選區(qū)段（基因）?？傮w來看，對于麥類作物基因的挖掘首先利用不同粒色的父母本進(jìn)行雜交，獲得不同世代的群體，進(jìn)行遺傳分析，再借助包括SSR、SNP、RAPD等基因定位手段進(jìn)行定位；也有通過轉(zhuǎn)錄組、代謝組測序等方法挖掘得到控制顏色相關(guān)基因。因此，隨著現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，多種測序手段相結(jié)合的定位方法會進(jìn)一步加快麥類作物粒色相關(guān)基因的挖掘與證實(shí)，從而推動有色麥類作物的新種質(zhì)篩選與創(chuàng)制。

4 展望

麥類作物長期以來供給了人們的生活所需，且籽粒顏色相關(guān)的研究也已成為國內(nèi)外麥類作物資源開發(fā)和研究的熱點(diǎn)，隨著人們生活水平的提高，開發(fā)以有色籽粒內(nèi)的花青素、類黃酮等高營養(yǎng)物的研究越來越受到關(guān)注。目前，以分子標(biāo)記技術(shù)為代表的基因作圖技術(shù)已應(yīng)用于遺傳圖譜構(gòu)建、DNA指紋圖譜與品種鑒定、分子標(biāo)記輔助育種等方面［71］。通過對麥類籽粒顏色形成的相關(guān)基因進(jìn)行的定位，極大地補(bǔ)充了人們對于粒色形成機(jī)制的認(rèn)識。對于麥類作物的品種選育方法目前雖仍以常規(guī)遺傳雜交育種方式為主，但隨著現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，以分子標(biāo)記技術(shù)為主的基因定位也逐漸融入諸多麥類新品種選育的過程中。并且，隨著高通量測序技術(shù)的快速發(fā)展，轉(zhuǎn)錄組研究從以前的微陣列技術(shù)、SAGE（serial analysis of gene expression）技術(shù)等的低通量模式切換至RNA-seq等的高通量模式。例如Yao等［44］利用紫粒與白粒青稞構(gòu)建的DH（doubled haploid）系，通過簡化基因組測序（GBS－seq）技術(shù)構(gòu)建得到了青稞高密度的遺傳圖譜，在7H上獲得了6個(gè)與青稞紫粒相關(guān)的位點(diǎn)，在色青稞相關(guān)基因的挖掘上取得了又一步進(jìn)展。目前被廣泛應(yīng)用的RFLP、PAPD等傳統(tǒng)基因定位技術(shù)具有技術(shù)較為復(fù)雜、生產(chǎn)成本高且定位到的候選基因區(qū)段過大等劣勢。利用分子標(biāo)記結(jié)合高通量測序技術(shù)對于有色麥類作物顏色基因的挖掘與直接進(jìn)行有色麥類籽粒顏色相關(guān)基因耦合的研究相對較少，特別是對于部分特殊生境條件下的有色麥類作物的研究更是少之甚少。因此，未來對于深度挖掘麥類籽粒顏色相關(guān)基因應(yīng)與諸多分子標(biāo)記技術(shù)結(jié)合高通量測序技術(shù)（如轉(zhuǎn)錄組測序RNA－seq、SLAF-seq、GBS－seq等）相結(jié)合，進(jìn)行有色麥類籽粒顏色的精確定位。另外，未來隨著現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，還可借助在麥類植物基因組水平與轉(zhuǎn)錄組水平上進(jìn)行調(diào)控籽粒顏色相關(guān)基因的挖掘，并將其與基因編輯技術(shù)（CRISPR）相結(jié)合起來，直接通過基因編輯的方式對作物品種進(jìn)行修飾和改造，以產(chǎn)生性狀更為優(yōu)良的新品種。

現(xiàn)今人們的物質(zhì)需求日益增長，更加需要以高營養(yǎng)價(jià)值為目的的麥類育種改良與食品加工。然而，目前關(guān)于麥類籽粒顏色的研究仍主要集中在其形成的機(jī)制，重點(diǎn)關(guān)注如何提高麥類作物籽粒的產(chǎn)量等經(jīng)濟(jì)價(jià)值。雖已對有色麥類中的花色苷和多酚類物質(zhì)為主的組成成分進(jìn)行了研究，證實(shí)了有色麥類籽粒中花色苷和酚類種類較多具有較高的含量［72］，但對于有色麥類作物中其他品質(zhì)性狀分析研究較少，例如蛋白質(zhì)含量和質(zhì)量、淀粉特性、浸出率、糖化力等，尤其是有色麥類作物中的維生素和抗氧化劑。通常，多種維生素和抗氧化劑在麥類作物中形成，能夠顯著增加麥類顏色作物的營養(yǎng)價(jià)值，以創(chuàng)造均衡的膳食平衡。已有諸多研究報(bào)道認(rèn)為藍(lán)色、紫色等特殊粒色小麥中的微量元素、氨基酸等營養(yǎng)物質(zhì)種類多樣且含量豐富［23-34］。因此，未來對于有色麥類作物進(jìn)行育種和品種選育時(shí)，還可進(jìn)一步鼓勵(lì)對這些性狀進(jìn)行深入的研究，使之能夠更好地應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際中。此外，目前雖已利用全套染色體形態(tài)性狀標(biāo)記，將有色基因定位到對應(yīng)的染色體上，并將有色籽粒基因進(jìn)行了遺傳分析和定位，甚至克隆表達(dá)了部分控制麥類籽粒顏色的相關(guān)基因，明確了部分作用機(jī)理。但對于開發(fā)有價(jià)值的有色麥類作物的營養(yǎng)資源還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，未來仍還需要進(jìn)一步挖掘使用傳統(tǒng)麥類作物（如小麥和大麥）和未充分利用的麥類作物（如燕麥），以篩選優(yōu)化獲得具有更高營養(yǎng)價(jià)值和適應(yīng)性能力的品種，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)人類飲食的多樣性與營養(yǎng)性，這將是一項(xiàng)潛在的戰(zhàn)略，在戰(zhàn)略實(shí)現(xiàn)后可進(jìn)一步確保糧食安全，保障糧食的可持續(xù)發(fā)展以及促進(jìn)人類食品安全和飲食健康的均衡良性發(fā)展。

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