大麦(Hordeum vulgare L.)不仅是最古老的栽培作物之一,而且是第四大粮食作物,被广泛的用于食品、饲料、酿酒等行业。同时,大麦广泛的地区适应性,在水肥充足的地区甚至沙漠都有种植,它为一些亚洲国家(如喜马拉雅山区),北非(如摩洛哥和埃塞尔比亚)提供了稳定的食物供给。作为栽培大麦的祖先种,野生大麦(Hordeum spontaneum)为栽培大麦的改良提供了非常丰富的遗传资源。自然条件下,野生大麦主要分布在新月沃土,中亚和西藏地区。因此,研究大麦的起源,遗传多样性和进化关系对于野生资源的开发保护和利用具有非常重要的作用。首先,对于环境的物理响应可以反映出植物所受的压力。非生物胁迫如温度、气候因素和化学变化对是影响植物生长的重要环境因素。另外,生物胁迫如竞争、捕食、寄生同样对于会增加植物生存压力。虽然生物和非生物胁迫是独立的部分,但这两者经常是协同作用的。环境效应只能通过对正在受到环境压力的有机体来进行检测。遗传变异可以通过生物体或群体的自交或者其他遗传结构的变化引起,其会造成该群体响应特定环境基因型比例的变化。适应性可以理解为是生物体在新的环境下生存下来,并且进化出了一些适应的特征,例如:在形态、生理、行为等方面的变化。这个导致进化的机制被称为进化适应性或遗传适应性,本研究将对大麦基因组分化和环境适应进行阐述。基因或基于DNA的标记技术用于植物科学的进化生态学和遗传学研究。随着技术发展和基因组学的进步,分子标记技术也在与时俱进。不同分子标记有着不同的特征和原理,根据其方法和功能的差异,需要谨慎选择一种或多种分子标记技术。没有哪一种分子标记能够满足研究人员需要的所有要求。本研究提供了有关植物基因组学中使用的应用最广泛的分子标记技术进行分析。世界各地人类社会日摄取热量的主要部分来源于从谷物。与其他高等植物相比,谷物的细胞壁不寻常的成分是值得注意的。最显着的是,谷物壁由主要成分组成是(1,3;1,4)-β-D-葡聚糖,广泛分存在于禾本科物种。1.野生和栽培大麦中β-葡聚糖含量的直接比较(1,3;1,4)-β-D-葡聚糖是一种可溶性纤维,燕麦和大麦含量丰富,由于其多种生物活性和功能特性而受到关注。动物和人体内和体外研究已经证实并证明了其在降低冠心病、胰岛素抵抗、血脂异常、高血压、肥胖和免疫调节风险中的有益作用。1,3;1,4)-β-D-葡聚糖的发酵性及其在人类肠道中产生粘稠溶液的能力带来了这些巨大的健康益处。(1,3;1,4)-β-D-葡聚糖葡聚糖的粘度取决于物理化学性质如分子量,溶解度和浓度。提取条件影响(1,3;1,4)-β-D-葡聚糖的流变学,粘度和分子量。(1,3;1,4)-β-D-葡聚糖的物理化学性质受遗传属性和环境条件的强烈影响。所报道的广泛的有效性可通过所用饮食中(1,3;1,4)-β-D-葡聚糖的性质以及剂量来解释。相反,(1,3;1,4)-β-D-葡聚糖在单胃动物例如猪和家禽中具有抗营养作用,并且在制麦和酿造工业中通常被认为是不理想的原料组分。本研究在几个方面提供了(1,3;1,4)-β-D-葡聚糖研究的基础、应用、优势和最新进展。此外,在本研究中,使用混合连接系统研究了来自新月沃土、中亚、西藏的野生大麦中的(1,3;1,4)-β-D-葡聚糖含量以及来自全世界代表性地区的栽培品种β-葡聚糖的含量。、结果表明,野生种质和栽培品种平均(1,3;1,4)-β-D-葡聚糖含量分别为5.17%和3.81%,变异系数(CV%)分别为24.18%和18.11%。(1,3;1,4)-β-D-葡聚糖含量在野生和栽培勉强样品间差异显着(p≤0.001),而野生大麦表现出较高的(1,3;1,4)-β-葡聚糖含量和更高的变异。研究描述了野生和栽培大麦中(1,3;1,4)-β-D-葡聚糖含量,其结果可应用于大麦(1,3;1,4)-β-D葡聚糖优良种质的遗传改良,并且还可以探索与谷物代谢物观点相关的大麦驯化。2.野生大麦基因组、形态、化学分化以及微环境适应性研究微环境适应在进化中发挥重要作用。遗传多样性是分子评估研究最重要的指标之一。在这项研究中,分子标记物连同形态和生化特征被用于调查野生大麦种群的多样性和分化,适应以色列Mt Gilboa不同的微环境。分子标记观察到高水平的多态性,形态学和生化性状分析显示差异显着。遗传变异(50.5%多态性)在种群间被确认。聚类分析将基因型分为两个明确的组,表明它们已适应两种不同的微环境。部分形态性状如株高、分蘖数、开花天数、旗叶长度和每穗种子数均有显着差异(p≤0.05),纤维和粗蛋白质含量等化学成分也存在显着差异微环境之间p≤0.05)。因此,我们的研究结果显示野生大麦在共同主要环境下对不同微环境的基因组分化和适应性。此外,结果表明分子标记,形态学和生物化学性状在检测适应微环境所发生的变化方面的有效性。3.大麦CslF基因家族的全基因组鉴定与分析(1,3;1,4)-β-D-葡聚糖合成的纤维素合成酶(CesA)和纤维素合酶样(Csl)基因超家族的成员。在该超家族中,纤维素合酶样(Csl)F家族已被证明是调控(1,3;1,4)-β-D-葡聚糖合成的最重要基因之一,其是细胞的重要组成部分谷物墙壁,对人体营养有利,但对动物营养,麦芽和酿造工业不利。虽然它已被广泛研究,但目前在大麦中尚不清楚,特别是其全基因组规模的结构组成和组织。鉴于(1,3;1,4)-β-D-葡聚糖和新完成的大麦基因组的重要性,我们通过全基因组搜索方法鉴定了大麦CslF基因家族。大麦基因组中共鉴定了18个CslF基因。然后,系统发育分析将它们分为3组,并且属于同一组的这些HvCslF共享更相似的保守基序组成。一个新的主题,D,D,WQxxD也被发现,这是负责纤维素合酶。此外,使用RNA-seq数据在不同组织中对这些HvCslF的表达谱进行系统研究,然后发现组织特异性候选者。最后,相互作用网络分析鉴定了参与相互作用途径的11个CslF基因。总体而言,本研究提供了关于大麦CslF基因家族的基因组组织和进化关系的有用信息,这将有助于对大麦及其以后的CslF基因进行功能研究。