[发明专利]小麦蓝粒基因及其应用

说明书

一种小麦蓝粒基因及其应用，属于植物分子生物学、生物化学、遗传学和植物育种领域。利用蓝粒和白粒小麦的差异表达分析，获得了控制小麦蓝粒性状的四个基因：两个MYB家族转录因子和两个bHLH家族转录因子，并且提供了上述基因的植物重组表达载体和一种调控植物花青素合成的方法，对于研究蓝粒小麦糊粉层色素的合成途径、用作植物转化过程中的筛选标记和提高植株的营养价值具有重要的理论和实践意义。

技术领域

本发明涉及植物分子生物学、生物化学、遗传学和植物育种领域，特别涉及一种调控小麦蓝粒性状的基因。本发明提供四种小麦蓝粒性状相关基因的核酸分子和植物重组载体，以及所述基因或载体的应用方法。

技术背景

普通小麦的籽粒天然存在两种颜色：白粒或红粒，除此之外还有极少数为蓝粒或紫粒。蓝粒或紫粒小麦可以作为重要的遗传标记应用于小麦的遗传育种，特别是在我国，蓝粒小麦的应用研究比较深入，比如“4E-ms杂交小麦生产体系”成功地利用了蓝粒特征进行小麦核雄性不育的有效保持(Zhou et al，2006)。

小麦籽粒的胚乳外面自外向内包裹着三层组织，分别是：果皮、种皮和糊粉层，小麦的籽粒颜色是由不同的组织中积累的不同花青素所决定的。紫粒小麦源于最外层果皮中的紫色花青素，果皮是由母本发育而成的，因此紫粒性状呈现母系遗传模式。而蓝粒小麦源于糊粉层的蓝色花青素，主要是由普通小麦与其他物种之间的远源杂交产生的，其来源主要有两个：长穗偃麦草(Thinopyrum ponticum)和野生一粒小麦(Triticum monococcum)。上世纪六十年代到八十年代，国内外多位学者，如Knott、Sharman、李振声等均从长穗偃麦草与普通小麦的杂交后代中获得了蓝粒小麦，并且证明长穗偃麦草的4E(又名4Ag)染色体携有蓝粒基因。李振声等通过遗传分析，认为蓝粒基因遗传稳定而独立、具有明显的剂量效应，其蓝粒性状很像受一对基因遗传控制(李振声等，1982)。对一系列不同的蓝粒易位系的GISH和FISH实验分析进一步将蓝粒基因定位在4Ag染色体的长臂0.71-0.80区段内(与着丝粒的距离)(Zheng et al，2006)。1990年Keppenne把来源于偃麦草的蓝色糊粉层基因命名Blue aleurone(Ba)基因，也有国外学者认为蓝色性状由两个互补基因共同控制。1982年Joppa等证明由一粒小麦衍生出的Blaukom系列是普通小麦的4A或4B染色体被一粒小麦的一对4A染色体代换后形成的，来自一粒小麦的4A^m染色体与四倍体和六倍体小麦中的4A染色体是非同源的。1989年Kuspiral等把来源于野生一粒小麦的蓝色糊粉层基因命名为Ba2基因，Ba2基因定位在4A^m染色体长臂的近着丝粒处(Dubcovsky et al，1996)。

目前为止，在小麦中控制红粒和紫粒性状的基因都已经克隆，关于蓝粒性状尚没有报道。2005年Himi等报道了定位于3AL、3BL和3DL染色体的红粒性状主效基因R1、R2和R3编码3个高度同源的Myb家族转录因子(Himi et al，2005)。紫粒小麦的遗传分析显示紫粒性状由位于7号染色体组短臂的Pp-1(purple pericarp)位点和位于2AL染色体的Pp3位点控制，其中Pp-1编码Myb家族转录因子，而Pp3编码含有bHLH(basic helix-loop-helix)结构域的Myc家族转录因子(Khlestkina et al，2013；Shoeva et al，2014)。