小麦-中间偃麦草杂交创制黑粒高蛋白小麦新种质及其分子细胞遗传学解析

来自中国的研究人员通过普通小麦品种克旱9号与中间偃麦草(Thinopyrum intermedium)杂交，成功培育出13个具有黑色糊粉层、胚乳和高蛋白特性的小麦新种质。研究采用多色基因组荧光原位杂交技术鉴定出4Jr/St重组染色体替代了小麦4B/4D染色体，RNA-seq分析揭示了与花青素合成相关的bHLH转录因子基因Thint.S04G290300的动态表达模式。该研究为功能性彩色小麦品种选育提供了重要遗传资源。

　　

这项突破性研究展示了通过远缘杂交创制营养强化小麦的创新路径。科研人员将普通小麦克旱9号与野生近缘种中间偃麦草(Th. intermedium，2n=6x=42，StStJ^rJ^rJ^vsJ^vs)进行杂交，成功获得13个表型独特的黑色籽粒小麦品系。令人振奋的是，这些品系不仅胚乳呈现深黑色，其蛋白质含量更是显著高于亲本。

分子细胞遗传学分析揭开了黑色之谜：通过多色基因组荧光原位杂交(mcGISH)技术，发现一对来自中间偃麦草的J^r-St重组染色体精准替代了小麦的4B或4D同源群染色体。这个被命名为4J^r/St的嵌合染色体成为决定黑色性状的关键遗传载体。RNA测序(RNA-seq)数据进一步锁定三个花青素合成相关基因，其中编码bHLH转录因子的Thint.S04G290300基因在籽粒发育过程中呈现梯度表达模式。

追踪黑色素沉积的时空动态发现：开花后18天(18 DPA)，胚胎附近的糊粉层率先出现色素沉积；至30 DPA时，黑色素已遍布整个胚乳组织。遗传分析证实，4J^r/St染色体与黑色性状呈现共分离现象。这些携带野生种优异基因的DS4B/4J^r/St和DS4D/4J^r/St代换系，为培育兼具高营养价值和特色外观的小麦新品种提供了珍贵的"基因工具箱"。