小麦籽粒缩合单宁遗传架构解析：TaMYB10-3A基因调控机制与营养品质改良新路径

本研究针对小麦籽粒中缩合单宁（CT）遗传机制不清的问题，通过全基因组关联分析、突变体筛选和转录组测序，发现R2R3-MYB转录因子TaMYB10-3A是控制CT合成的关键基因，其功能缺失会导致CT和红色素同时缺失。该研究为小麦营养品质和加工品质的分子设计育种提供了重要靶点和理论依据。

　　

小麦作为全球最重要的主粮作物之一，其籽粒不仅提供淀粉和蛋白质，还富含多种生物活性物质，其中缩合单宁（Condensed Tannins, CT）作为多聚黄烷-3-醇类化合物，显著影响小麦的加工品质和营养价值。尽管CT在抗氧化、抗肿瘤和免疫调节等方面具有重要健康效益，但其在小麦籽粒中的沉积规律和遗传调控机制长期以来尚不明确，这严重限制了通过育种手段调控CT含量以平衡营养与加工品质的进程。

为了解决这一科学问题，山东农业大学的研究团队在《The Crop Journal》上发表了系统性研究。他们首先通过组织化学定位和成分分析明确CT特异性沉积于红粒小麦种皮中，主要以儿茶素（CA）和表儿茶素（EC）形式存在；进而利用全基因组关联分析（GWAS）鉴定到22个影响CT含量的遗传位点，其中位于3A染色体的主效基因TaTAN被精细定位至2.5 Mb区间；通过泛基因组比较、转录组分析和EMS突变体测序，最终克隆出关键转录因子TaMYB10-3A，并发现其功能缺失突变会导致CT合成和籽粒红色素沉积同时缺失，揭示了该基因的双效调控作用。

研究团队综合运用了DMACA组织染色、液相色谱-质谱联用（LC-MS）技术、全基因组关联分析（GWAS）、基于55K SNP芯片的连锁作图和竞争性等位基因特异性PCR（KASP）分型技术。此外，他们还利用16个小麦泛基因组品种进行结构变异分析，通过RNA-seq筛选差异表达基因，并通过双荧光素酶报告系统验证了TaMYB10-3A对下游靶基因的转录激活作用。自然群体和EMS突变体材料的应用为基因功能验证提供了坚实基础。

3.1. CT在小麦籽粒中的定位与组成特性

通过DMACA染色和石蜡切片技术，研究发现CT特异沉积于红粒小麦的种皮层，且以胚胎周围区域含量最高。LC-MS分析表明CT主要由儿茶素和表儿茶素构成，其中儿茶素占比更高，同时在紫粒和黑粒小麦中检测到没食子酸的大量存在。

3.2. CT形成的基因组位点

对768份小麦种质的筛查发现CT仅存在于红粒和紫粒材料中。GWAS鉴定到22个与CT相关的遗传位点，其中6个候选基因（PAL、CHS、F3′H、ANR、TT8和TT2）参与类黄酮代谢途径，且这些位点的等位基因频率在红粒与白粒小麦间存在显著差异。

3.3. 控制CT形成的主效基因鉴定

通过GH9（CT阳性）与Yannong 19（CT阴性）构建的分离群体，确认CT存在与否受单一部分显性基因TaTAN控制。集团分离分析将TaTAN定位至3A染色体704.3–701.8 Mb区间。

3.4. 基于RNA-seq与泛基因组分析的候选基因筛选

区间内基因表达分析显示TraesCS3A02G631500LC（即TaMYB10-3A）在GH9中的表达量显著高于YN19。泛基因组比较发现中国春类群品种在该区域存在大片段的倒位-缺失变异，导致TaMYB10-3A启动子和部分编码区缺失。

3.5. TaMYB10-3A及其同源基因的序列变异

功能分析表明，TaMYB10-3B因19 bp缺失而失活，TaMYB10-3D在供试材料中完全缺失，唯有TaMYB10-3A具备功能活性，其结构变异直接决定CT表型。

3.6. TaMYB10功能缺失突变导致CT缺失

在宁麦9号EMS突变体库中筛选到CT缺失突变体Mu0326，其TaMYB10-3B基因发生移码突变，进一步证实该基因的必要性。

3.7. TaMYB10-3A的分子标记开发

针对结构变异开发了三种功能性分子标记（mar.gh9、mar.yn19和mar.insert），可准确区分四种单倍型，其中仅II型具备完整功能。

3.8. TaMYB10-3A在自然群体中的效应

自然群体中60%品种携带缺失型等位基因（I型），功能型等位基因（II型）仅占8%，且与CT表型完全共分离。补充标记后的GWAS将TaMYB10-3A的关联显著性提高至10^-72水平。

3.9. CT合成通路相关基因的表达调控

RNA-seq分析发现72个类黄酮代谢通路基因在GH9中显著上调，包括苯丙烷途径的PAL、C4H、4CL，核心类黄酮途径的CHS、CHI、F3H、DFR，以及PA特异途径的ANS、ANR、LAR。双荧光素酶试验证实TaMYB10-3A直接激活CHS和DFR启动子，但对LAR无显著调控作用。

3.10. TaMYB10-3A靶基因验证

TaMYB10-3A对CHS和DFR的转录激活能力显著高于突变型等位基因，且其启动子区域存在MYB结合元件，证实了直接调控关系。

研究结论表明，TaMYB10-3A通过直接激活CHS和DFR等核心类黄酮合成基因，调控CT的生物合成，其功能缺失会导致CT和红色素同时缺失。这一发现不仅揭示了小麦籽粒色泽与CT合成的协同调控机制，还为分子设计育种提供了关键靶点。通过操纵TaMYB10-3A及其下游通路，可实现对小麦营养品质和加工特性的精准改良，为培育高营养价值小麦品种奠定理论基础。该研究整合了结构变异鉴定、多组学分析和功能验证等多种技术手段，为复杂性状的遗传解析提供了范例，对谷物营养强化具有重要实践意义。