β-葡聚糖具有降血脂、調整血糖等多種保健功能，對食品加工也有重要的影響。大麥是β-葡聚糖含量較高的作物，β-葡聚糖已是大麥品質育種的重要目標之一，但是其含量差異的機制還不明確，難以進行大麥β-葡聚糖含量靶向育種。
近日，中國科學院成都生物研究所麥類作物分子育種與應用創新團隊在大麥β-葡聚糖含量差異機制解析中取得突破。研究人員發現大麥直鏈淀粉與β-葡聚糖含量顯著負相關，基于直鏈淀粉合成的關鍵基因--Waxy基因的突變型大麥材料，構建了高、低β-葡聚糖含量大麥混池，聯合轉錄組、蛋白組和代謝組分析，發現Waxy基因功能缺失突變體β-葡聚糖含量升高與脅迫響應，尤其是與脫落酸（ABA）信號響應增強有關。結合酵母雜交、BiFC等方法，鑒定到四個與β-葡聚糖合成重要基因CsLF6的轉錄因子ILR3、BTF3、RGGA和PR13，這些基因均參與脅迫響應，并在高β-葡聚糖含量大麥中保持較高的表達水平。進一步通過基因功能研究，發現脫落酸脅迫誘導蛋白基因(ABA stress ripening induced protein 1，ASR1)可正向調控β-葡聚糖合成，當ASR1表達上調時，CsLF6的表達水平及β-葡聚糖合成底物UDPG的濃度隨之升高。該研究為β-葡聚糖含量差異機制的解析展現了新的視角，為進一步發掘β-葡聚糖含量差異的關鍵基因提供了重要基礎。
相關研究成果以“β-Glucan content increase in Waxy-mutated barley is closely associated with positive stress responses and is regulated by ASR1”為題發表于SCI一區TOP期刊《Carbohydrate Polymers》。論文第一作者為中國科學院成都生物研究所青年副研究員李俏，通訊作者為潘志芬研究員。該項研究得到了國家自然科學基金聯合基金項目（U20A2026）、第二次青藏高原綜合科學考察研究（2019QZKK0303）、國家自然科學基金青年基金項目（32201847）、四川省自然科學基金青年基金等項目的資助（2024NSFSC1205）。
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2024.122536
圖1. 多組學顯著富集的生物過程
圖2. 高β-葡聚糖糯大麥中多個脅迫響應過程增強
圖3. ABA信號途徑與糯大麥籽粒β-葡聚糖顯著增加密切相關
圖4. ASR1正向調控大麥β-葡聚糖合成
圖5. Waxy基因引起的直鏈淀粉含量降低、β-葡聚糖含量升高的推測機制