311份小麦品种(系)优质麦谷蛋白亚基组成分析

为明确小麦品种(系)中优质麦谷蛋白亚基组成,筛选优质小麦品种资源,本研究以116份贵州省小麦品种(系)、195份省外小麦品种为供试材料,采用STS分子标记方法,对优质高分子量麦谷蛋白亚基Ax2^*、Bx7^oe、By8和低分子量麦谷蛋白亚基Glu-A3d、Glu-B3g进行分子检测,并利用近红外谷物品质分析仪测定311份材料的蛋白质含量,探讨了其与各个优质亚基间的相关性。结果表明:311份供试材料中,亚基Bx7oe、By8和Glu-B3g的分布频率分别为90%、78.14%和39.87%,优质亚基Ax2*和Glu-A3d分布较少,频率均为2.89%,不同优质麦谷蛋白亚基及组合对小麦蛋白质含量存在显著性影响,亚基Ax2^*和亚基组合7oe+8/A3d/B3g对蛋白质含量的贡献最大。本研究结果为改良小麦面筋质量、准确筛选优质种质资源提供依据。     

新疆小麦品种高分子量谷蛋白亚基及相关品质基因的分子标记检测

高分子量麦谷蛋白亚基、1B·1R易位系、多酚氧化酶(PPO)活性及黄色素含量等基因对小麦加工品质有重要影响,准确、快速鉴定这些基因对品质改良有重要意义.本研究对新疆当地及国内外引进的321份小麦品种进行SDS-PAGE分析,利用特异性分子标记对高分子量谷蛋白亚基中的Dx5、Bx7、By8、By9亚基、1B·1R易位系、PPO和黄色素含量基因进行鉴定.进一步验证分子标记检测的可靠性和准确性,为优质小麦分子标记辅助育种提供材料和方法.SDS-PAGE分析表明,供试材料有21种亚基类型,其中Glu-A1位点有3种类型,以null为主;Glu-B1位点有10种类型,Bx7+By8和Bx7+By9亚基占主导地位;Glu-DJ位点有8种类型,Dx2+Dy12和Dx5+Dy10占主导地位.分子标记检测表明,Dx5亚基的频率为38.3%,Bx7亚基的频率为85.7%,By8亚基的频率为38.9%,Bx9亚基的频率为42.7%;特异性PCR标记扩增与SDS-PAGE鉴定结果的吻合率分别为97.2%、98.4%、93.4%和97.2%.在新疆当地品种、其他国内品种和国外品种中,1B·1R易位系材料的频率分别为22.0%、31.5%和25.0%,Psy-A1b的频率分别为9.0%、10.8%和5.4%,Ppo-A1b的频率分别为38.0%、43.8%和45.7%,Ppo-Dla的频率分别为48.0%、66.9%和40.2%.同时含Ppo-A1b和Ppo-D1a的材料有74份,占23.0%.本试验中采用的基因特异性标记重复性好、准确率高,可有效用于小麦品质分子标记辅助选择.     

强筋小麦分子标记多重PCR体系的构建与应用

面筋强度与小麦高低分子量谷蛋白亚基种类(组合)密切相关。以12个已知亚基基因组成的品种为对照,选用基因(位点)Axnull、Bx7^OE、Dx5、Glu-A3d、Glu-B3i和Glu-B3的标记,构建多重PCR体系。以该体系检测对照的结果与已知基因型完全一致,一次PCR可同时间接检测7个与强筋有关基因(位点)Ax1/Ax2^*、Bx7^OE、Dx5、Glu-A3d、Glu-B3i和Glu-B3。对62个陕西小麦品种的检测结果表明,优质强筋亚基基因(位点)Ax1/Ax2^*、Dx5、Glu-A3d、Glu-B3i和Glu-B3的比例依次为56.5%、9.6%、33.9%、1.6%和64.4%,所有品种均不含Bx7^OE,携带0、1、2和3个及以上基因(位点)的品种分别占6.5%、33.9%、48.3%和11.3%。说明聚合多个强筋亚基基因(位点)的品种频率较低,通过优质亚基基因的聚合育种,可望改善陕西小麦品种的面筋品质。本研究所构建的强筋小麦分子标记检测的多重PCR体系检测结果稳定且可靠,可用于小麦种质资源的快速评价和强筋小麦分子辅助选育。     

部分山东小麦高分子量谷蛋白1Bx14亚基特异PCR标记分析

在1Bx14亚基的基因序列的基础上,选取不同位点设计特异引物,从中筛选出了一对引物,对HMW-GS在Glu-Bx1位点已知的10个小麦品种进行了PCR扩增。结果表明:凡具有1Bx14亚基的4个品种都能扩增出一条1256bp左右的特异带,而不具该亚基的品种则未能扩增出这一特异带。用这一特异标记对山东省种植面积较大的40个品种进行PCR检测,发现仅有5个品种携带1Bx14亚基。该标记可用于检测小麦品种在这一位点的亚基组成,与SDS-PAGE相比,可显著提高检测的准确性和效率。     

小麦育种亲本材料Dx5、Bx14亚基及1BL/1RS易位的分子检测

为给小麦优质育种的亲本选配等研究提供参考,利用优质谷蛋白Dx5、Bx14亚基及1BL/1RS易位的特异性分子标记,对本课题组近年常用的38份杂交亲本材料进行了分子检测.结果表明,在引进品种和自育品种(系)中,含Dx5亚基的材料分别占16.0％和7.7％,含Bx14亚基的材料分别占16.0％和23.1％,1BL/1RS易位材料分别占24.0％和38.5％.与引进品种相比,自育品种(系)含Dx5亚基的材料很少,而含Bx14亚基和1BL/1RS易位的材料较多.总体来看,育种亲本含Dx5、Bx14亚基的材料较少,而含1BL/1RS易位的材料相对较多.因此,今后小麦优质育种中应重视含Dx5、Bx14亚基材料的引进和利用,合理使用1BL/1RS易位材料,并加强杂种后代的分子鉴定与选择.     

山西冬小麦品种Waxy蛋白分析及分子标记研究

利用聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)法分析了山西100份小麦品种(系)Waxy蛋白的缺失类型,筛选出缺失Wx-B1蛋白亚基的材料8份。利用2个STS标记和1个SSR标记对不同Waxy蛋白缺失类型进行鉴定,验证其在分子标记辅助育种中的有效性,结果表明:Wx-7A位点的STS引物在野生型中扩增出1条450 bp的特异带,而在缺失Wx-A1蛋白亚基的突变材料中扩增出1条327 bp的特异带;Wx-4A位点的STS引物在野生型中扩增出1条440 bp的特异带,缺失Wx-B1蛋白亚基的突变材料中没有该扩增片段;Wx-7A,Wx-7D位点的SSR引物在野生型中分别扩增出1条265 bp和1条204 bp的特异带,在缺失Wx-A1和Wx-D1蛋白亚基的突变材料中没有扩增出该特异带。这3个标记可以用于分子标记辅助育种。     

贵州小麦品种(系)中慢锈基因Lr34/Yr18的分子检测

小麦慢锈病是危害小麦生产的重要病害。为了鉴定258份贵州小麦品种(系)中慢锈基因Lr34/Yr18的组成,筛选含慢锈抗性基因Lr34/Yr18的种质资源,本研究利用STS标记csLV 34结合毛细管电泳技术对258份小麦品种(系)中慢锈抗性基因Lr34/Yr18的等位变异进行了分子检测。结果表明:毛细管电泳谱带清晰易读,可根据扩增片段分子量直接判断目标片段有无。STS标记csLV 34可在含有Lr34/Yr18基因的材料中扩增出150 bp片段,部分不含Lr34/Yrl8的材料则扩增出229 bp片段,余下大部分不含Lr34/Yrl8的材料没有扩增出150 bp和229 bp的片段;258份小麦品种(系)中有5份材料扩增出150 bp片段,可能含有Lr34/Yr18基因,占供试材料的1.9%。筛选的这些慢锈抗性种质资源可为今后贵州小麦的慢锈抗病品种选育提供参考。     

小麦HMW-GS含量与加工品质的关系

为研究小麦亚基含量对小麦面粉加工品质的影响,选用12个相同HMW-GS组合(1/7+9/2+12)的小麦品种进行了亚基含量测定及其与加工品质的相关性分析。结果表明,12份小麦品种的谷蛋白亚基总量、HMW-GS含量及1Bx7亚基的含量在品种间存在明显差异,其中HMW-GS含量和1Bx7亚基含量变异幅度较大,HMW-GS含量平均值为19.83%,变幅为15.24%~35.06%,变异系数为29.6%;1Bx7亚基含量平均值为5.91%,变幅为4.32%~12.04%,变异系数为37.3%。谷蛋白亚基总量、HMW-GS含量和1Bx7亚基含量与粗蛋白含量、沉降值、形成时间、稳定时间和评价值均呈显著或极显著正相关,其中1Bx7亚基含量相关性最高,相关系数分别为0.68、0.94、0.87、0.84和0.90。子粒中较高的HMW-GS含量和1Bx7亚基含量有利于改善小麦加工品质,在今后小麦育种中应多加以利用。     

小麦优质谷蛋白亚基分子标记多重PCR体系的建立与应用

Ax1/Ax2*、Dx5和过量表达的Bx7亚基(Bx7^OE)被认为是对小麦品质有正向效应的优质亚基。根据以上亚基特异性分子标记建立相应的多重PCR体系,经品种和群体检验,证明利用该体系鉴定亚基的结果稳定可靠、成本较低。利用该多重PCR技术对89份西藏小麦育成和推广品种(系)的优质亚基频率进行鉴定,结果表明, Dx5和Ax1/Ax2*亚基的频率均为12.4%,没有检测到Bx7^OE,同时携带两个优质亚基的材料频率为10.1%,该麦区品质育种必须加强优质亚基的引入。针对优质亚基Ax1/Ax2*、Dx5和Bx7^OE的多重PCR体系,为小麦品质育种亲本评价和通过杂交方法聚合优质亚基基因提供了一种实用可靠的标记辅助选择技术。     

小麦品质性状分子标记多重PCR体系的建立

小麦高分子量谷蛋白亚基组成、1B/1R易位、籽粒硬度、直链淀粉含量和穗发芽抗性等性状与加工品质密切相关，建立相关性状的多重PCR体系在小麦品质分子育种中具有重要意义。本研究利用现有品质性状基因的分子标记，建立了适合不同品质类型品种评价和分子聚合育种的3个多重PCR体系，并用已知基因的品种（系）进行验证。多重PCR体系Ⅰ包括ω-secalin（1B/1R）、Vp1B3和Pinb-D1b基因的分子标记检测，可用于一般的品质检测；体系Ⅱ包括ω-secalin、Ax2*、Bx17和Dx5 基因的检测，可望用于强筋小麦品种的选育；体系Ⅲ包括Wx-A1、Wx-B1和Wx-D1位点的检测，可用于淀粉品质或糯小麦的选育。每个体系内的引物之间不存在相互抑制作用和错配，检测品种（系）的结果可靠、重复性好，成本低。3个多重PCR体系用于小麦品质育种的亲本评价和杂交后代优质基因的聚合，将会提高优质专用小麦品种评价和选育的效率。     

Duplication of the Bx7 high-molecular-weight glutenin subunit gene in bread wheat (Triticum aestivum L.) cultivar'Red River 68'

SDS-PAGE analysis of seed proteins of the cultivar‘Red River 68’showed a considerably higher staining intensity of the band corresponding to HMW-GS Bx7 relative to the equivalent band in the cultivars‘Chinese Spring’and‘Cheyenne’. Southern blots of restriction enzyme fragments from DNA of these three cultivars were analyzed densitometrically to reveal that the band corresponding to the Bx7 gene of‘Red River 68’had a double staining intensity compared to the equivalent bands from the other two cultivars, which indicates that in‘Red River 68’a duplication of the Bx7 gene has occurred. Although the possibility of the gene copy being a pseudogene was not ruled out, the greater amount of protein corresponding to Bx7 in‘Red River 68’most likely is in accord with an increase in active gene number. SDSPAGE analysis of the proteins showed also that the mobility of Bx7 in‘Cheyenne’was slightly different from the mobilities of the Bx7 subunits of‘Red River 68’and‘Chinese Spring’. The same difference was observed at the gene level by PCR amplification of the genes encoding these subunits.     

Characterization of CIMMYT bread wheats for high- and low-molecular weight glutenin subunits and other quality-related genes with SDS-PAGE,RP-HPLC and molecular markers

Two hundred and seventy-three CIMMYT bread wheat cultivars and advanced lines grown under irrigated conditions in Mexico during the 2005-06 Yaqui crop cycle were characterized for quality-related genetic traits using gene-specific markers for some high- and low-molecular-weight glutenin subunit (HMW-GS and LMW-GS) genes, polyphenol oxidase (PPO), phytoene synthase (PSY), and waxy genes. Of them, 142 were analyzed for quality parameters including SDS sedimentation volume (SDS-SV), dough mixing time, and Alveograph parameters, and for HMW-GS and LMW-GS compositions using sodium-dodecyl-sulfate polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE), and reversed-phase high-performance liquid chromatography (RP-HPLC). For the Ppo-A1 locus tested with the marker PPO18, the frequencies of alleles Ppo-A1a and Ppo-A1b were 79.1 and 20.2%, respectively, and no PCR fragment was amplified in 2 lines (0.73%), whereas 227 lines (83.2%) contained the allele Ppo-D1a and 46 lines (16.8%) had Ppo-D1b detected by markers PPO16 and PPO29. For the marker YP7A, 142 lines (52.0%) were assumed to have the allele Psy-A1a and 131 lines (48.0%) contained the allele Psy-A1b. In the case of the marker YP7B for the gene Psy-B1, the alleles Psy-B1a and Psy-B1b were detected in 155 (56.8%) and 43 (15.8%) lines, respectively, and 75 (27.4%) lines possessed the allele Psy-B1d detected by the marker YP7B-3. All 273 lines contained the alleles Wx-A1a and Wx-D1a as determined by markers MAG264 and MAG269, respectively. Using the marker Wx-B1, 204 lines (74.7%) were presumed to have the Wx-B1a allele and 69 (25.3%) possessed Wx-B1b. The over-expressing allele of Bx7 ^OE and subunit By8*, not clearly seen with SDS-PAGE, were detected by RP-HPLC. The numbers of lines with subunits Ax2*, By8, By9, Bx17, Bx20, Dx5, and Glu-B3j were 90, 16, 57, 5, 46, 118, and 33, respectively, in the 142 lines analyzed with molecular markers, and were consistent with the results obtained by SDS-PAGE, except for one line with the 1A.1R translocation. Subunits Ax1 and Ax2* at the Glu-A1 locus showed significantly better effects on all quality parameters than subunit Null. Subunits 5 + 10 gave significantly better effects for all parameters. Subunit Glu-A3b showed more positive effects than its alternative alleles on SDS-SV and SDS-sedimentation volume/protein content index (SPI). The allele Glu-B3g showed the best effect on SDS-SV and Alveograph W, whereas Glu-B3j, associated with the 1B.1R translocation, exhibited a strongly negative effect on all quality parameters.     

Multiplex-PCR typing of high molecular weight glutenin alleles in wheat

In Australian commercial cultivars, each high molecular weight glutenin (Glu-1) homoeologous locus consists of one of two predominant alleles: Glu-A1a (subunit Ax1) or Glu-A1b (subunit Ax2*) at the GluA1 locus, Glu-B1b (Bx7 and By8 subunits) or Glu-B1i (Bx17 and By18 subunits) at the Glu-B1 locus, and Glu-D1d (Dx5 and Dy10 subunits) or Glu-D1a (Dx2 and Dy12 subunits) at the Glu-D1 locus. PCR-based assays have been developed in this study to discriminate between these common alleles at each locus. Primers specific for the Glu-A1 Ax2* gene give a single fragment of 1319 bp only in the presence of this gene. Primers targeting the Glu-B1 locus resulted in a co-dominant marker for which the Bx7 genotype produced two fragments (630 bp and 766 bp) and the Bx17 genotype a single fragment (669 bp). The third pair of primers was specific for the Dx5 gene and resulted in a single band of 478 bp. A multiplexed PCR assay was established which permitted the discrimination of the major HMW glutenins in a single PCR reaction and agarose gel assay. As the HMW glutenin composition of a wheat line is extremely important in determining the functional properties of wheat gluten, these markers are useful for the purposes of marker-assisted breeding. These markers may also be useful for the purpose of DNA-based identification of wheat varieties. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

Glu-B1位点亚基色谱鉴定及7OE对面团强度的影响

准确鉴定高分子量谷蛋白亚基(HMW-GS)及探讨其对面团特性的影响是小麦品质研究的重要内容。用聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)和反相高效液相色谱(RP-HPLC)对62份品种(系)的HMW-GS组成进行鉴定。结果表明,结合SDS-PAGE和RP-HPLC两种方法可以对Glu-B1位点,尤其是Glu-B1(7 8)进行有效鉴定。选用13份姊妹系为材料,使用RP-HPLC和凝胶色谱(SE-HPLC)方法,研究了Glu-B1al(7OE 8*)以及贮藏蛋白组分含量对面团强度的影响。结果表明,Glu-B1al(7OE 8*)可显著提高HWM-GS总量和面团强度,7OE可作为优质亚基用于强筋小麦育种。相关性分析表明,谷蛋白总量、HWM-GS、LMW-GS以及x-HMW含量与最大抗阻力呈1%显著正相关,相关系数分别为0.76、0.76、0.77和0.72。SDS-不溶性谷蛋白大聚体(UPP)占谷蛋白聚合体总量的百分比与揉面仪峰值时间、粉质仪形成时间和稳定时间以及最大抗阻呈1%或0.1%显著正相关,相关系数分别为0.77、0.90、0.89和0.87。醇溶蛋白与谷蛋白含量的比值与揉面仪峰值时间呈1%显著负相关,相关系数为-0.69;与粉质仪稳定时间和最大抗阻呈5%显著负相关,相关系数分别为-0.58和-0.64。HPLC可有效分离和量化HWM-GS,并作为小麦品质育种有效的辅助手段。     

小麦籽粒2A染色体PPO基因新分子标记的开发与应用

参照位于小麦2B染色体上的多酚氧化酶(Polyphenol Oxidase)基因保守区序列(GenBank:AB254804)设计引物,以一组籽粒PPO活性两极端材料为扩增模板进行筛选,并以195份中国微核心种质材料对其有效性验证,旨在开发小麦籽粒PPO基因新分子标记。在设计的引物中,编号为F-4的引物PCR产物在籽粒PPO活性处于两极端的12份小麦品种中表现出规律性极强的多态性,在籽粒PPO活性极高的6个小麦品种扩增出了1条带(a),在籽粒PPO活性极低的6个小麦品种扩增出了3条带(a,b,c)。利用195个微核心种质材料对引物F-4进行有效性验证,其中123个材料扩增出了一条带(a带),其PPO均值为246.22A475U/(min·g·103),剩下的72个材料都扩增出3条带(a,b,c);其PPO活性均值为155.95A475U/(min·g·103);比前者低90.27A475U/(min·g·103),差异显著。在此基础上利用一套中国春缺体将b条带定位于2A染色体上。扩增序列Blast分析发现,b序列与EF070148序列(2Ab)重合区域为99%,相似达99%,基本可以认定为同一序列;a序列与EF070149序列(2Da)重合区域达99%,相似为98%,基本可以认定为同一序列。位于小麦2A染色体上的PPO基因分子标记F-4可以在小麦PPO活性分子育种中加以应用。     

以EMS诱变创制软质小麦宁麦9号高分子量谷蛋白亚基突变体

本研究旨在创制遗传背景一致的不同高分子量谷蛋白亚基(HMW-GS)缺失系, 为小麦品质研究和育种提供材料。将软质小麦品种宁麦9号, 用0.4% EMS溶液处理10 000粒种子, 获得3781个M1代单株, 采用“半粒法”对每个株系进行SDS-PAGE鉴定, 从中筛选出299个(7.91%) HMW-GS突变株, 包括HMW-GS缺失和分子量突变两种类型。其中, HMW-GS缺失突变176株, 突变频率为4.65%, 缺失亚基涉及Ax1、Bx7、By8、Dx2和Dy12, 突变频率为0.24%~3.28%; 分子量突变130株, 突变频率为3.44%。将突变体的具胚端种子于温室中繁殖获得M2代, 再次鉴定各株系的HMW-GS, 并经M3代验证, 最终获得Ax1、Dx2、Bx7、By8和Dy12缺失突变体, 及Ax1+By8双缺失突变体。用高效液相色谱(HPLC)分析这些突变体的谷蛋白大聚体(GMP)和谷蛋白/醇溶蛋白(GLU/GLI)比值, 发现不同缺失突变体的GMP含量都有不同程度的降低, 尤以Bx7亚基缺失突变体中GMP含量降幅最大, 高达42%。另外, 不同缺失突变体的谷蛋白总量和GLU/GLI比值也低于对照, Ax1+By8双缺失突变体的GLU/GLI比值最小。