黄河中游粗山羊草三种y-型高分子量谷蛋白亚基的鉴定、克隆及系统进化分析

粗山羊草(Aegilops tauschii, 2n = 2x = 14, DD)是六倍体普通小麦的祖先之一,其高分子量谷蛋白亚基(HMW-GS)变异类型丰富,是小麦品质改良的重要基因资源。利用十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)分析了黄河中游地区161份粗山羊草的HMW-GS,发现3种编码序列未知的y-型亚基,即Dy10.5^t、Dy10.4^t和Dy10.5^*t亚基。通过AS-PCR扩增、克隆、测序和氨基酸序列推导,发现3种未知序列均具有典型HMW-GS的序列结构特征且较为相似,仅Dy10.4^t与Dy10.5^t亚基存在一个氨基酸重复单元的缺失,Dy10.5^t与Dy10.5^*t亚基在信号肽部位有一个氨基酸的替换(L-F)。通过对这3种HMW-GS与32个已知氨基酸序列的HMW-GS多序列比对和系统进化关系分析,证实Dy10.5^t、Dy10.4^t和Dy10.5^*t 3个亚基是D基因组编码的高分子量谷蛋白y-型亚基家族的新成员。     

黄河中游地区粗山羊草高分子量谷蛋白亚基组成分析

为了解黄河中游地区粗山羊草的高分子量谷蛋白亚基(HMW-GS)遗传多样性,应用SDS-PAGE技术分析了56份粗山羊草Glu-Dt1位点的HMW-GS组成,检测到3种x-型亚基(5t,6.2t,null)和3种y-型亚基(10.5t,10.4t,10.3t)。其中6.2t类型是新的x-型亚基。供试粗山羊草共发现3种HMW-GS组合类型5t 10.5t,6.2t 10.4t,null 10.3t,它们的比例分别是91.07%,7.14%,1.79%。表明该地区粗山羊草的高分子量谷蛋白亚基有一定变异。     

节节麦HWM-GS D~tx5与普通小麦HWM-GS Dx5亚基的AS-PCR鉴别

高分子量谷蛋白(HMW-GS)是小麦的重要储藏蛋白之一,决定小麦烘烤品质,其中HMW-GS Glu-D1位点与面包烘烤品质的关系最为密切。人工合成小麦(synthetic hexaploid wheat,SHW)继承了节节麦D基因组丰富的遗传变异,是高效利用野生祖先种优良基因的重要桥梁资源;近年来随着人工合成小麦在小麦遗传育种中的不断应用,来自节节麦类群的大量高分子量谷蛋白亚基类型越来越多的涌向普通小麦。而传统SDS-PAGE无法区分节节麦HMW-GS Dtx5和普通小麦Dx5亚基,鉴于此本研究利用节节麦HMW-GS Dtx5亚基和普通小麦HMW-GS Dx5亚基DNA序列之间存在的几个SNPs差异开发出等位特异PCR(allele specific polymerase chain reaction,AS-PCR)引物,通过PCR方法来区分两种不同来源的5亚基。结果显示,所设计出的两对引物都能够扩增出清晰稳定的目标条带,并且两对引物的扩增结果一致,含HMW-GS Dx5亚基的表现为阳性带,含节节麦来源的Dtx5亚基表现为阴性;同源性分析表明Dtx5亚基与Dx2亚基氨基酸序列的同源性要高于Dtx5与Dx5之间的同源性。     

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。     

小麦高分子量谷蛋白亚基与小麦品质性状关系的研究

采用SDS-PAGE方法, 通过对4个优质亲本与3个农艺亲本间杂交获得的F2群体的每一单株及其亲本进行小麦高分子量谷蛋白亚基(HMW-GS)组成分析, 并对每一F2单株上F3籽粒群体的高分子量谷蛋白亚基组成与其籽粒蛋白质含量、 SDS-沉降值的关系进行研究,结果表明：小麦高分子量谷蛋白亚基组成不同的群体间籽粒蛋白质含量差异不显著     

小麦HMW-GS最佳测定时间的探讨及其应用

为了探明小麦收获前测定高分子量谷蛋白亚基的最佳时间,实现高分子量谷蛋白亚基与综合育种目标性状的同时选择.从小麦开花期始,对21个小麦品种(以中国春为对照)每5天用SDS.PAGE法测定其HMW-GS以寻找最佳测定时间,并对21个杂交组合后代进行连年选择.结果表明,乳熟中期HMW-GS谱带始达清晰,是当代测定当代选择的最佳测定时期.通过连年高分子量谷蛋白亚基的选择,部分高分子量谷蛋白优质亚基出现的频率得到显著的提高,选择效果良好.选育出高产优质小麦新苗头品系宝麦35,证明当代测定高分子量谷蛋白亚基的同时结合综合育种目标性状进行选择,对于选育优质,高产、抗逆新品种效果是良好的.     

小麦收获前HMW-GS最佳测定时间的探讨及在育种上的应用

摘 要：为了寻找小麦收获前测定高分子量谷蛋白亚基的最佳时间,实现高分子量谷蛋白亚基与综合育种目标性状的同时选择。从小麦开花期始,对21个小麦品种(以中国春为对照)每5天用SDS-PAGE法测定其HMW-GS以寻找最佳测定时间,并对21个杂交组合后代进行连年选择。试验结果表明,乳熟末期HMW-GS谱带始达清晰,是当代测定当代选择的最佳测定时期。通过连年高分子量谷蛋白亚基的选择,部分高分子量谷蛋白优质亚基出现的频率得到显著的提高,选择效果良好。本研究选育出高产优质小麦新苗头品系宝麦35,证明当代测定高分子量谷蛋白亚基的同时结合综合育种目标性状进行选择,对于选育优质,高产、抗逆新品种效果是良好的。     

小麦籽粒蛋白质组分含量及其加工品质的关系

应用反相高效液相色谱(RP-HPLC)法,对12个小麦品种籽粒的清蛋白＋球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白,高分子量谷蛋白亚基(HMW-GS)、低分子量谷蛋白亚基(LMW-GS)进行了分离量化,并根据谷蛋白含量、贮藏蛋白含量及面团稳定时间3个指标对其聚类分析。结果表明,不同小麦品种蛋白质各组分含量存在差异,其中贮藏蛋白的含量是决定蛋白质总含量的主要因素。HMW-GS含量、LMW-GS含量、谷蛋白总含量均与面团形成时间、稳定时间及沉降值呈极显著正相关;HMW-GS含量与LMW-GS含量的比值(HMW/LMW)与面团形成时间和稳定时间呈极显著正相关;醇溶蛋白含量与谷蛋白含量的比值(Gli/Glu)与面团稳定时间呈显著负相关,醇溶蛋白含量与HMW-GS含量的比值(Gli/HMW-GS)与面团形成时间和稳定时间均呈极显著负相关。籽粒中具有较高的贮藏蛋白含量、HMW-GS含量、LMW-GS含量和HMW/LMW及较低的Gli/Glu有利于提高强筋小麦的加工品质。     

小麦籽粒蛋白质组分含量及其加工品质的关系

应用反相高效液相色谱(RP-HPLC)法,对12个小麦品种籽粒的清蛋白＋球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白,高分子量谷蛋白亚基(HMW-GS)、低分子量谷蛋白亚基(LMW-GS)进行了分离量化,并根据谷蛋白含量、贮藏蛋白含量及面团稳定时间3个指标对其聚类分析。结果表明,不同小麦品种蛋白质各组分含量存在差异,其中贮藏蛋白的含量是决定蛋白质总含量的主要因素。HMW-GS含量、LMW-GS含量、谷蛋白总含量均与面团形成时间、稳定时间及沉降值呈极显著正相关;HMW-GS含量与LMW-GS含量的比值(HMW/LMW)与面团形成时间和稳定时间呈极显著正相关;醇溶蛋白含量与谷蛋白含量的比值(Gli/Glu)与面团稳定时间呈显著负相关,醇溶蛋白含量与HMW-GS含量的比值(Gli/HMW-GS)与面团形成时间和稳定时间均呈极显著负相关。籽粒中具有较高的贮藏蛋白含量、HMW-GS含量、LMW-GS含量和HMW/LMW及较低的Gli/Glu有利于提高强筋小麦的加工品质。     

小麦品质的麦谷蛋白亚基评定标准研究

测定了233份小麦面粉样品的高分子量谷蛋白亚基(HMW-GS)含量、Zeleny-沉降值和谷蛋白大聚体(GMP)含量,并根据SDS-PAGE结果计算了其Payne亚基品质评分.结果表明,不同HMW-GS含量差异显著,不同HMW-GS所对应品种的HMW谷蛋白总量、沉降值、GMP含量、Payne品质评分平均值也存在显著差异,说明不同亚基对品质的影响存在显著差异.HMW谷     

Allelic variation of the HMW glutenin subunits in Aegilops tauschii accessions detected by sodium dodecyl sulphate (SDS-PAGE), acid polyacrylamide gel (A-PAGE) and capillary electrophoresis

Variability of high molecular weight glutenin subunits (HMW-GS) was studied in198 accessions of Ae. Tauschii (2n=2x=14, DD) by sodium dodecyl sulphate(SDS-PAGE) and acid polyacrylamide gel electrophoresis (A-PAGE) and capillary electrophoresis (CE). A high allelic variation of HMW-GS, including some novel x- and y-type subunits and variable subunit combinations were observed. One accession(TD159) showed a x-type null form. The results by A-PAGE analysis revealed that the subunits Dx5 ^t and Dy10 ^t encoded by Glu-D ^t 1 locus in Ae. tauschii were different in relative mobilities in comparison with the subunits Dx5 and Dy10 found in bread wheats, whereas they had the same mobilities, respectively, when separated by SDS-PAGE. The higher resolution of Ae. tauschii HMW-GS separated by CE method showed two clear peaks in accordance with x- and y-type subunits, respectively,except the accession TD151 which possessed only subunit Dy12.1^*t. The electro elution time of the x-type and y-type subunits were about 13–14 and 7–8minutes, respectively. Characterization of wheat HMW-GS was facilitated by using CE which provides high resolution and increases the speed of analysis in conjunction with the traditional gel electrophoretic methods. A total of 42HMW-GS alleles were identified, among which were several alleles not presently detected in bread wheats. Hence Ae. tauschii is potentially a valuable genetic resource for quality improvement of bread wheat. This revised version was published online in August 2006 with corrections to the Cover Date.     

Molecular structure of a novel y-type HMW glutenin subunit gene present in Triticum tauschii

An unusually small y-type high molecular weight (HMW) glutenin subunit gene from Triticum tauschii was sequenced. This gene, encoded at the Glu-D^t1 locus was designated 12.4^t and is the smallest HMW glutenin subunit gene described so far in Triticum species. Oligonucleotide primers based on published sequences of HMW glutenin genes were designed to amplify the encoding region and the central repetitive domain of the gene, which produced fragments of 1.4 and 0.85 kb, respectively. PCR products were cloned and sequenced. The derived amino acid sequence was compared with the amino acid sequences of the HMW glutenin subunits Dy12^t, from T. tauschii, and subunits Dy10 and Dy12 of T. aestivum. The amino acid sequence deduced from the nucleotide sequence demonstrated that deletions of hexapeptides and nonapeptides were responsible for the reduction in the size of this HMW glutenin subunit. The estimated molecular weight of the Dy12.4^t subunit, calculated on the basis of the deduced amino acid sequence, was 45,228 Daltons. There were also single amino acid differences in the N-, C-terminal and central repetitive domains of this gene in comparison to the three other y-type subunits encoded at the Glu-D1 locus. The Dy12.4^t subunit showed the highest similarity to the Dy12 subunit present in the hexaploid wheat Chinese Spring.     

利用SDS-PAGE和AS-PCR标记鉴定簇毛麦HMW-GS基因

本研究通过SDS-PAGE和AS-PCR标记对簇毛麦HMW-GS进行鉴定,对于快速鉴别导入到普通小麦中的簇毛麦HMW-GS和改良普通小麦品质具有重要意义。利用SDS-PAGE对中国春、钱尼、簇毛麦、6个中国春-簇毛麦二体附加系、普通小麦-簇毛麦3V异代换系进行HMW-GS组成分析,进一步确定簇毛麦HMW-GS基因位于1V染色体。根据已发表的普通小麦HMW-GS基因序列同源性比较结果,设计了3对分别扩增普通小麦x-型亚基基因、y-型亚基基因以及所有HMW-GS基因的特异引物。经过对簇毛麦HMW-GS基因进行扩增发现,这3个AS-PCR标记都能很好地鉴别簇毛麦HMW-GS编码基因,并从分子水平上把簇毛麦HMW-GS基因定位于簇毛麦1V染色体上。     

Glu-1位点等位变异及表达量对麦谷蛋白聚合体粒度分布的影响

选用我国春播麦区23份(试验I)和北部冬麦区21份(试验II)品种(系),研究了Glu-1位点等位变异及其亚基表达量对谷蛋白聚合体粒度分布的影响。结果表明,Glu-1位点等位变异及其亚基表达量显著影响谷蛋白聚合体的粒度分布,且影响程度受蛋白质含量,尤其是高分子量谷蛋白总量水平的影响。在高分子量谷蛋白总量较低时(试验I),Glu-B1和Glu-D1位点对不溶性谷蛋白大聚体含量(UPP)及其占聚合体蛋白总量的百分比(%UPP)的加性效应都达1%显著水平;Glu-B1和Glu-D1位点单个亚基对两者的贡献分别为7^OE+8^* >7+9 >17+18 >7+8和5+10 >2+12,具有5+10亚基组合的%UPP显著高于具有2+12的亚基组合。高分子量谷蛋白的亚基表达量与UPP含量呈高度正相关,相关系数为0.79~0.93(P < 0.01)。而在高分子量谷蛋白总量较高时(试验II),仅Glu-D1位点对%UPP的加性效应达5%显著水平,5+10亚基对%UPP的贡献显著高于2+12和4+12;亚基组合间的聚合体粒度分布无显著差异。高分子量谷蛋白的亚基表达量与UPP含量的相关系数为0.42~0.86(P < 0.05或0.01)。结合高分子量谷蛋白表达量和优质亚基进行选择,能有效提高不溶性谷蛋白大聚体的含量和相对比例,有利于面筋强度和加工品质的进一步提高。     

Characterization of HMW-GS and evaluation of their diversity in morphologically elite synthetic hexaploid wheats

High molecular weight glutenin subunit composition and variation in 95 Elite-1 synthetic hexaploid (SH) wheats (Triticum turgidum/Aegilops tauschii; 2n = 6× = 42; AABBDD) were determined by sodium dodecyl sulphate polyacrylamide gel electrophoresis method (SDS-PAGE). Twenty two different alleles at Glu-1 loci in SHs were observed. Forty four different patterns of HMW-GS in synthetics were found. This higher HMW glutenin composition was due to higher proportion of D-genome encoded subunits in these SHs. 8% urea/SDS-PAGE better discriminated subunit 2* than 12% gels. However 12% urea/SDS-PAGE allowed differentiated mobility of Glu-D^t1 subunits. Genetic variability at Glu-D^t1 locus was greater than Glu-A1 and Glu-B1 loci. The relative high frequency of superior alleles, Glu-B1b and Glu-D^t1d indicated the superior bread making quality attributes embedded in these synthetic hexaploid wheats. Of the 95 Elite-1 SHs 27.1% possessed superior alleles at Glu-A1 and 51% had superior alleles at Glu-B1 locus. At Glu-D^t1 frequency of inferior allele 1Dx2 + 1Dy12 was very low (5.26%) and nine different rare alleles along with the higher frequency (22.1%) of D-genome encoded subunit, 1Dx5 + 1Dy10, were observed. These superior alleles shall form the priority selective sieve for their usage in wheat improvement efforts.     

小麦Glu-B1位点1Bx14+1By18新亚基对材料的创制及其对加工质量的影响分析

以小偃54为轮回亲本,以引进品种Prinqual为1Bx17+1By18的供体,培育高分子量麦谷蛋白亚基（HMW-GS）近等基因系,以期客观评价1Bx14、1By15、1Bx17和1By18等亚基（对）对小麦加工品质的贡献。近等基因系回交至BC₄代时发现一个1Bx17亚基不表达的重组体,该重组体经自交分离纯合后获得了携带新亚基对1Bx14+1By18且可稳定遗传的品系012912。采用SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE）、酸性聚丙烯酰胺凝胶电泳（A-PAGE）、小麦SDS微量沉降值和面粉揉面仪等方法。对小偃54和012912的谷蛋白及醇溶蛋白组成、总蛋白质含量、沉降值和揉面特性等指标进行了比较,结果表明,012912（1Ax1, 1Bx14+1By18, 1Dx2+1Dy12）与其轮回亲本小偃54（1Ax1, 1Bx14+1By15, 1Dx2+1Dy12）在谷蛋白成分上的唯一差别是以1By18替换了小偃54的1By15亚基,且1By18基因的表达量比小偃54的1By15表达量提高29%;012912品系的沉降值比小偃54高2.5 mL,揉面特性比小偃54好,说明1By18基因比1By15对面团加工品质的正向效应大。     

转玉米Ｃ4光合酶基因水稻株系中的光合C4微循环

采用种间杂交（硬粒小麦´普通小麦）创造了具有高分子量谷蛋白5+12亚基的稀有小麦新品系，SDS-PAGE分析表明，该品系的Glu-D1位点编码5+12亚基。其沉降值、湿面筋含量、粉质仪图形成时间、稳定时间等品质指标显著优于具有优质亚基5+10的姊妹系，该小麦品系遗传上纯合，具有多花多粒的优良农艺性状。5+12亚基稀 有小麦新     

冰草高分子量麦谷蛋白亚基基因的分离及结构特征分析

通过SDS-PAGE分析，在二倍体、四倍体和六倍体冰草[Agropyron cristatum (L.) Gaertn.]中都检测到2个表达的高分子量麦谷蛋白亚基（HMW-GS），但不同倍性的材料之间，以及相同倍性材料的不同种子之间的HMW-GS组成均有所不同。利用PCR技术对冰草的HMW-GS基因进行克隆，结果从二倍体、四倍体和六倍体冰草中分别克隆了3个、1个和3个y型HMW-GS基因的全长编码区序列。序列分析表明，只有来自六倍体冰草中的Bsy2基因具有完整的开放阅读框，编码1个有487氨基酸残基、分子量约为53 kD的HMW-GS，大小相当于SDS-PAGE图谱中的大亚基。而其余6个基因均在中间重复区发生了无义突变。本文对冰草HMW-GS基因的结构特点和进化关系进行了分析。