目前,关于低植酸作物的一些分子标记已经相继被人们研究出来。2000年Raboy等发现低植酸玉米的突变型为lpa1和lpa2,其所在突变位点在1S染色体,与umc157和umc167连锁;2004年Pili R创制的低植酸玉米的突变类型为lpa1,所在的突变位点在1S染色体,并且与umc1222的遗传距离为9。2cm。2011年马磊研究发现鲁原92的无机磷含量为0。93μg·mg-1,初步确定属于低植酸自交系;其低植酸性状受隐性单基因控制,与lpa241等位[6]。迄今为止,高无机磷作物的研究仅在美国等少数几个国家开展,我国尚处起步阶段。
目前大多数研究均用测定无机磷含量法来间接测定植酸含量,此法也被广泛用来筛选低植酸品种。因为植物的总磷量保持不变,在总磷一定的情况下,植酸磷含量的降低通常伴随着无机磷含量的增加,所以植酸含量低的种子相对而言无机磷含量较高,反之,无机磷含量低的种子对应的植酸含量较高。但是由于种子大小,籽粒饱满度及种植地点和年份的差异,植物种子总磷的含量会有所差别,这种间接测定结果可信度就会降低,但仍有一定的参考价值。
基因定位是作物育种和基因克隆的理论基础,也是遗传学研究的重要领域[7]。随着分子生物学的发展,分子标记的开发与应用和高密度图谱的构建使基因定位方法有了突破性的进展[8]。而QTL定位就是近年来最为常用的基因定位分析方式。QTL(quantitative trait locus)即数量性状基因座定位,是指通过分析整个染色体组的DNA标记和数量性状表型值的关系,将一个或多个QTL逐一定位到染色体的相应标记位置,并估计其遗传效应。QTL定位应用的较为广泛,在人类基因、模式植物抗逆性基因上均有应用。大麦的许多重要农艺、品质性状表现为数量性状的遗传特点,呈现连续性的变异,对环境因子的表现也极为敏感,而且会受到许多数量性状基因座和环境因子的共同影响。因此,本研究课题利用QTL定位和分析与大麦籽粒无机磷含量相关的数量性状基因座。
自上世纪90年代以来,随着分子生物学技术的发展,大麦农艺和品质性状的QTL定位研究发展也十分迅速,涉及到了种子休眠性、抗病性、抗逆性(耐盐性、耐酸锅、耐冷性)、产量及其构成因素等几乎所有农艺品质性状,也取得了许多可喜的成绩。迄今为止,国内外对于大麦功能成分的研究主要集中在其结构性质、生理功能、提取方法和遗传多样性等方面,而对遗传基础和分子机理的研究还不多见。国内外对大麦籽粒的QTL定位报道较少,主要集中在大麦籽粒蛋白质含量、氨基丁酸含量以及其他抗逆性的QTL定位,对大麦籽粒无机磷含量的QTL定位尚见报道。因此,利用人工诱变获得高无机磷(低植酸)品种成为近些年的研究热点,本课题对大麦籽粒无机磷含量的QTL定位研究也将面临许多挑战和机遇。
随着人们生活水平的不断提高,社会经济的发展,人们对农产品的需求已不再停留在吃饱的问题上,而是要求吃好,特别是对食品安全、营养等方面的质量要求。人类在食用低植酸食物时,对锌的吸收高出76%;食用低植酸食物对改善儿童、孕妇和老人体内的微量元素和治疗营养缺乏症有极其显著的效果。低植酸食品符合优质与营养这两个十分重要的条件,既提高了食品中原有营养元素的含量又提高了食品中营养元素的利用率。同时,还能增加资源利用率,减少环境污染。高无机磷低植酸大麦的遗传改良、选育和推广还可以经济有效的解决贫困人口的铁、锌等营养不良问题。
因此,本研究课题希望通过对124份大麦籽粒无机磷含量的QTL定位来分析无机磷含量与其控制基因在基因组中的位置,以此来剖析大麦无机磷含量的分子遗传机制,以求从根源探索无机磷含量的变化因子,为低植酸高无机磷大麦育种应用、优秀大麦种质资源筛选应用等研究领域提供新的策略和参考。