小麦过氧化物酶基因TaPod-7AS与TaPod-4AL功能标记开发及其对面粉品质的调控机制研究

本研究针对小麦面粉色泽与加工品质的关键调控因子——过氧化物酶(POD)，开发了TaPod-7AS和TaPod-4AL基因的功能标记POD-7AS1/2和POD-4AL1/2。研究人员通过基因组学与分子生物学技术，揭示了这两个基因的等位变异与POD活性的显著关联（P<0.05），发现TaPod-7ASb/TaPod-4ALb/TaPod-D1b基因型组合可使POD活性提升至749.9 U·g-1·min-1。该成果为小麦分子育种提供了精准选择工具，对改善面粉白度及商业价值具有重要意义。

　　

面粉的色泽和品质直接影响着面制品的商业价值，而小麦籽粒中的过氧化物酶(POD)活性是决定这些特性的关键因素。高POD活性不仅能提升面粉白度，还能通过催化酚类物质氧化改善面团流变学特性。然而，传统育种中POD活性的表型筛选效率低下，且控制该性状的关键基因TaPod-7AS和TaPod-4AL缺乏有效的分子标记。针对这一瓶颈，新疆农业大学等单位的研究团队在《BMC Genomics》发表了突破性成果，通过开发功能标记并解析基因表达模式，为小麦品质育种提供了新工具。

研究团队采用多组学整合策略：基于268份冬小麦品种的群体分析，利用Wheat-SnpHub-Portal鉴定SNP/InDel变异；通过RT-qPCR检测TaPod-7AS/TaPod-4AL/TaPod-D1在开花后不同时期的表达动态；开发基于错义突变的功能标记，并在中国三大麦区品种中验证标记-表型关联性。

基因克隆与序列特征
全长克隆显示TaPod-7AS和TaPod-4AL分别编码362/360个氨基酸的分泌型不稳定蛋白，与TaPod-D1的氨基酸相似度达93.09%。染色体定位发现7号同源群的POD基因数量（125个）显著多于4号同源群（46个），系统发育分析证实这三个基因属于同一进化分支。

功能标记开发
在TaPod-7AS中鉴定出导致His→Arg和Gly→Ser替换的错义突变，据此设计的POD-7AS1/2可分别扩增424-bp（低活性）和464-bp（高活性）片段；TaPod-4AL的Thr→Ile突变则衍生出541-bp（POD-4AL1）和391-bp（POD-4AL2）标记。群体验证显示携带TaPod-7ASb和TaPod-4ALb的品种POD活性分别比对应等位基因型高6.0%和8.3%（P<0.05）。

多基因聚合效应
三重有利基因型TaPod-7ASb/TaPod-4ALb/TaPod-D1b的POD活性（749.9 U·g^-1·min^-1）显著高于野生型组合（619.4 U·g^-1·min^-1），其中双基因聚合TaPod-7ASb/TaPod-4ALb的活性已达729.7 U·g^-1·min^-1。

表达模式解析
开花后21天籽粒中POD基因表达达峰值，高活性品种（如良星66）的表达量是低活性品种（如皖麦29）的6倍。转录组数据进一步证实TaPod-7AS在籽粒中特异性高表达。

该研究首次建立了小麦POD活性分子标记选择体系，揭示Arg和Ile的氨基酸替换可能通过增强抗氧化能力提升酶活。标记POD-7AS2和POD-4AL2可直接用于筛选高POD活性种质，而开花后21天的关键表达窗口为品质改良提供了时间调控靶点。这些发现不仅解决了面粉加工中的实际难题，也为多基因协同调控数量性状的研究提供了范式。