大麦产量潜力的遗传调控机制：糖-生长素互作决定穗粒数发育的关键基因解析

本研究针对大麦穗粒数发育的遗传调控机制，通过GWAS分析250份大麦核心种质资源，鉴定出4个QNRs区域包含37个显著QTNs，发现糖转运蛋白基因（HORVU.MOREX.r2.1HG0042180）和生长素响应因子（HORVU.MOREX.r2.1HG0072210）通过调控糖代谢与激素信号协同决定穗粒数发育。研究为作物高产育种提供了新靶点。

　　

大麦作为全球第四大谷物，其产量提升对粮食安全至关重要。然而，穗粒数发育过程中约30%的小穗会在抽穗期退化，导致产量潜力（MYP）无法完全实现。这一现象受复杂的遗传网络调控，尤其是糖代谢与植物激素的协同作用机制尚未阐明。卡塔尔大学联合德国IPK研究所等团队在《Discover Agriculture》发表的研究，首次系统解析了大麦糖-生长素互作调控穗粒数发育的遗传基础。

研究团队采用全基因组关联分析（GWAS）结合表达谱分析，对250份大麦种质资源在三个关键发育阶段（MYP、绿药期GA、抽穗期TIP）进行表型鉴定，测定蔗糖、葡萄糖和果糖含量。通过FarmCPU模型分析19K SNP数据，结合BARLEX数据库进行候选基因预测。

自然变异揭示六棱大麦的发育优势
六棱大麦在MYP阶段小穗数比二棱型多75%，且糖含量显著更高（P<0.05）。相关性分析显示蔗糖含量与MYP呈强正相关（r>0.8），表明糖代谢是决定小穗存活的关键因素。

关键基因调控网络的发现
GWAS鉴定出1H染色体上360.68-360.68 Mb区域的QTN（A:G）位于糖转运蛋白基因HORVU.MOREX.r2.1HG0042180内，其等位变异导致六棱大麦蔗糖含量提升2.4倍。另一重要位点（T:C）位于505.33 Mb的生长素响应因子HORVU.MOREX.r2.1HG0072210，该基因在穗发育早期高表达。共定位分析表明这两个基因形成遗传模块，协同调控小穗发育。

NAC转录因子的调控作用
5H染色体上NAC转录因子基因HORVU.MOREX.r2.5HG0379120的突变导致小穗退化率增加35%，RNA-seq显示其在穗发育阶段特异性表达。该基因可能通过调控糖转运蛋白表达影响碳源分配。

研究首次建立大麦"糖-生长素-NAC"调控网络模型：蔗糖通过糖转运蛋白激活生长素信号通路，而NAC转录因子整合这两类信号决定小穗存活率。该发现为分子设计育种提供了HORVU.MOREX.r2.1HG0042180等3个关键靶点，通过优化糖代谢流与激素平衡可提高大麦产量潜力10-15%。德国IPK研究所的Andreas Borner指出，这一机制可能适用于小麦等其他禾本科作物，为应对气候变化下的稳产育种提供新策略。