大麦（Hordeum vulgare L.）兼具食用、饲用和酿造价值，是全球第四大谷类作物。杂交大麦通常具有更高的产量潜力，在生物量上也优于常规大麦，但由于缺乏高效、稳定的杂交制种体系，杂交大麦至今仍难以在全球范围内大面积推广。挖掘具有自主知识产权的隐性雄性不育基因，并阐明其分子机理，不仅有助于加深人们对花药发育分子机制的理解，也将为建立基于生物技术的杂交制种体系提供关键支撑。

近期，山东农业大学生物育种研究团队完成的题为“Identification and fine mapping of the male sterility gene msgN13401 reveals defective pollen starch accumulation in barley”的研究在Journal of Integrative Agriculture（JIA）2026年4期发表。

该研究精细定位了一个新的大麦育性基因Msg_N13401，该基因突变后导致花粉粒淀粉积累异常，并最终表现出完全雄性不育，相关研究为后续基因克隆与机理解析提供了重要线索。

本研究从大麦品种“Tamalpais”的EMS诱变群体中筛选到一个完全雄性不育的突变体，命名为N13401。与野生型相比，N13401的花药明显皱缩，其花粉粒也呈现败育表型。花药横切面观察表明：突变体花药绒毡层和中间层能够正常降解，但花粉粒中淀粉积累显著减少，呈现典型雄性不育表型。为解析淀粉积累受阻的原因，该团队比较了N13401和野生型花药中6个关键淀粉生物合成相关基因（HvINV、HvHXK、HvGPT、HvpPGM、HvAGP和HvSSS）的表达水平，发现只有HvINV在突变体中明显下调，提示相关酶活性可能降低。淀粉生物合成是成熟花粉粒中淀粉积累的关键过程，而INV在该途径的起始步骤中发挥关键作用，催化蔗糖水解为己糖，为后续淀粉合成提供底物 (Borghi et al., 2017)。虽然野生型和突变体花药中的蔗糖水平无显著差异，但突变体中的可溶性糖含量显著下降，说明N13401中淀粉积累缺陷主要是由于花粉发育过程中转化酶活性降低造成的。进一步以N13401为母本，分别以栽培大麦“Morex”和野生大麦PI 405346为父本构建F₂分离群体，通过图位克隆将目标基因定位在2HL染色体576.9 kb的物理区间内。该区间内共含有38个注释基因。结合重测序数据比对结果，共筛选到3个最可能的候选基因：HORVU.MOREX.r3.2HG0214540（CG1，低置信度基因，编码吡咯啉-5-羧酸还原酶）、HORVU.MOREX.r3.2HG0214660（CG2，低置信度基因，编码螺旋-发夹-螺旋结构域）和HORVU.MOREX.r3.2HG0214850（CG3，高置信度基因，编码液泡铁转运类似蛋白）。其中，CG1编码的吡咯啉-5-羧酸还原酶催化脯氨酸生物合成的最后一步反应，将吡咯啉-5-羧酸还原为脯氨酸。脯氨酸是花药中含量较为丰富的氨基酸之一，尤其在花粉发育后期，可作为能量来源参与花药细胞代谢过程。CG2编码的螺旋-发夹-螺旋结构域可能通过与其他蛋白互作形成二聚体，进而参与淀粉积累的转录调控。此外，CG3编码的液泡铁转运类似蛋白可能通过调控花药中铁的积累，影响淀粉合成相关基因的表达，从而调控花粉粒中淀粉的积累过程。

山东农业大学倪飞教授和齐娟副教授为该文章共同通讯作者，山东农业大学刘琦博士为该文章第一作者。本研究得到了山东农业大学吴佳洁教授的指导，并得到了泰安市科技创新重大专项（2024GZPT01）和山东省高等学校青创科技支持计划（2024KJI013）的资助。

Cite the article:

Qi Liu, Zhidong Qi, Chaofan Li, Zhenghan Chen, Wenqian Liu, Baoshen Liu, Chaozhong Zhang, Jiajie Wu, Juan Qi, Fei Ni. 2026. Identification and fine mapping of the male sterility gene msgN13401 reveals defective pollen starch accumulation in barley. Journal of Integrative Agriculture, 25(4): 1731-1735.

https://doi.org/10.1016/j.jia.2025.12.077

Journal of Integrative Agriculture（《农业科学学报（英文）》, JIA）由中华人民共和国农业农村部主管，中国农业科学院与中国农学会主办，中国农业科学院农业信息研究所承办。综合性英文学术期刊，月刊。创刊于2002年，现任主编为中国科学院院士陈化兰。JIA主要栏目有作物科学、园艺、植物保护、动物科学、动物医学、农业生态环境、食品科学、农业经济与管理等。刊稿类型有综述、研究论文、简报以及评述等。全部论文在Elsevier-ScienceDirect (SD) 平台OA出版。最新SCI影响因子4.4，位于SCI-JCR农业综合学科Q1区。中国科学院分区农林科学1区。2016年以来先后获得中国科协等部委 “提升计划”“登峰计划”“卓越计划”项目支持。