中国小麦历史品种puroindoline基因等位变异检测

小麦籽粒硬度是市场分级和定价的重要依据,由位于5D染色体短臂的一对主效基因和多个微效基因控制。为了解我国早期小麦品种的硬度分布规律,本试验以来自全国10个省市的126份历史品种和高代品系为材料,对其SKCS硬度和基因型进行了研究。结果表明,我国历史品种中软质麦所占比例较高,为42.9%,显著高于先前报道的我国当前主栽冬麦品种中的软质麦比例;硬质麦所占比例为44.4%,显著低于先前报道的我国主栽冬麦品种中的硬质麦比例。各种puroindoline变异类型中, PinaD1b类型和 PinbD1b类型所占比例较大,分别为42.9%和39.3%,其余硬质类型均为 PinbD1p类型,为17.8%。截至目前,所发现的 PinbD1p类型均在中国品种中,由于早期中国与其他国家种质资源交换较少,因此,中国可能是 PinbD1p类型的起源地。在对各种puroindoline类型的硬度比较后,发现除各种puroindoline变异类型与野生型硬度差异达显著水平外, PinaD1b类型硬度值也显著高于 PinbD1b和 PinbD1p类型,而后二者之间硬度没有显著差异。`     

CIMMYT普通冬小麦品种的籽粒硬度及Puroindoline基因等位变异

为给中国小麦种质资源引进、利用和品质改良提供信息,以国际玉米小麦改良中心（CIMMYT）土耳其育种站提供的192份普通冬小麦新品系为材料,采用单籽粒谷物特性测试仪、特异引物PCR扩增和改进的SDS-PAGE凝胶电泳方法对其SKCS硬度及Puroindoline基因型进行了鉴定和分析。结果表明,CIMMYT普通冬小麦以硬质类型为主,但SKCS硬度值普遍偏低,平均值仅为60．7。所调查的192份材料中,硬质麦119份,占62．0％;软质麦49份,占25．5％;混合麦24份,占12．5％。硬质小麦共有4种基因型,分别为PinA蛋白缺失类型（Pina-D1b／P1nb-D1a）90份、Pina-D1a／Pinb—D1b类型27份Pina—D1a／Pinb—D1d类型2份和Pina-D1b/Pinb-D1d类型1份,以PinA蛋白缺失类型为主,占总数的75．6％。Pina—D1b／Pinb-D1d为Pina和Pinb基因的双突变类型。CIMMYT普通冬小麦籽粒硬度及其Puroindoline基因变异类型和分布的信息能够为中国冬小麦品质改良提供理论依据。     

CIMMYT普通冬小麦品种的籽粒硬度及Puroindoline基因等位变异

为给中国小麦种质资源引进、利用和品质改良提供信息,以国际玉米小麦改良中心(CIMMYT)土耳其育种站提供的192份普通冬小麦新品系为材料,采用单籽粒谷物特性测试仪、特异引物PCR扩增和改进的SDS-PAGE凝胶电泳方法对其SKCS硬度及Puroindoline基因型进行了鉴定和分析.结果表明,CIMMYT普通冬小麦以硬质类型为主,但SKCS硬度值普遍偏低,平均值仅为60.7.所调查的192份材料中,硬质麦119份,占62.0%;软质麦49份,占25.5%;混合麦24份,占12.5%.硬质小麦共有4种基因型,分别为PinA蛋白缺失类型(Pina-D1b/Pinb-D1a)90份、Pina-D1a/Pinb-D1b类型27份、Pina-D1a/Pinb-D1d类型2份和Pina D1b/Pinb-D1d类型1份,以PinA蛋白缺失类型为主,占总数的75.6%.Pina-D1b/Pinb-D1d为Pina和Pinb基因的双突变类型.CIMMYT普通冬小麦籽粒硬度及其Puroindoline基因变异类型和分布的信息能够为中国冬小麦品质改良提供理论依据.     

江苏淮北地区小麦品种资源籽粒硬度基因等位变异的KASP检测

为了解江苏淮北地区小麦品种资源的籽粒硬度概况及硬度基因型分布规律,以74份近年来江苏淮北地区所育品种(系)和38份来自黄淮其他麦区的常用亲本为材料,采用单籽粒谷物硬度测试仪、KASP标记检测技术和基因扩增及测序技术对其SKCS硬度值及硬度基因型进行鉴定。硬度检测结果表明,供试小麦品种(系)硬度变化范围较大,但硬质麦的比例最大,为70.5%。与常用亲本相比,江苏淮北地区育成品种中软质麦比例较高,为34.3%,但在高代品系中软质麦比例下降到20.5%。基因型检测结果表明,在Puroindoline-D1位点,供试品种(系)中共检测到4种基因型,即野生型(Pina-D1a/Pinb-D1a)、Pina-D1b、Pinb-D1b和Pinb-D1p,其频率依次为25.0%、2.7%、67.9%和4.5%。其中,野生型和Pinb-D1p主要分布在江苏淮北地区。不同硬度基因型的硬度值也存在差异,其中以Pina-D1b基因型的硬度值最高,野生型(Pina-D1a/Pinb-D1a)硬度值最低,Pinb-D1b和Pinb-D1p两硬质类型的籽粒硬度没有显著性差异。在Pinb-2位点,供试品种(系)中共检测到25份材料为Pinb-B2b基因型,包含21份硬质麦、2份混合麦和2份软质麦,其平均硬度值为63.8。     

Pins基因等位变异对磨粉品质和新疆拉面加工品质的影响

为了探讨新疆冬小麦品种Pins基因等位变异对小麦磨粉品质和新疆拉面加工品质的影响，对109份新疆冬小麦品种的籽粒硬度及其Pins基因等位变异、磨粉品质和新疆拉面加工品质进行测定，初步分析了新疆冬小麦品种资源籽粒硬度Pins基因的分布规律以及不同 Pins基因等位变异对籽粒硬度、磨粉品质和新疆拉面加工品质的影响。结果表明，新疆冬小麦品种属硬质麦类型，Pins基因型以 Pina-D1a、 Pinb-D1b和 Pina-D1a/ Pinb-D1b为主， Pins突变类型及Pins突变基因型组合类型小麦的籽粒硬度均显著高于野生型， Pinb-D1a基因型小麦的籽粒硬度最低，L^*值和a^*值最高，b^*值最低； Pinb-D1ab基因型小麦的吸水率最高。不同Pins基因型组合中，野生型小麦的籽粒硬度、b^*值和吸水率最低； Pina-D1a/ Pinb-D1aa的出粉率最高， Pina-D1a/ Pinb-D1ab的灰分含量最低，吸水率最高。Pins基因及其基因型组合对新疆拉面加工品质无直接影响，主要通过对灰分、面粉色泽和吸水率等磨粉品质的作用对新疆拉面产生间接影响。优质新疆拉面品种中，Pinb基因突变对新疆拉面加工品质的影响大于Pina基因突变，育种中应优先选择Pinb 基因突变型材料，其中 Pina-D1a/ Pinb-D1b可以作为重点选择的基因型组合。     

长江中下游麦区小麦品种籽粒硬度及puroindoline基因等位变异的分子检测

为了明确长江中下游麦区小麦籽粒硬度及puroindoline基因型的分布,以该麦区105份小麦育成品种为材料,利用单籽粒硬度仪(SKCS)测定其籽粒硬度,利用分子标记检测和基因序列分析鉴定puroindoline基因的等位变异。结果表明,在长江中下游麦区历年育成的小麦品种中软质麦比例较高,占52.4%,硬质麦和混合麦分别占38.1%和9.5%;硬质麦和混合麦中存在Pinb-D1b、Pina-D1b和Pinb-D1p三种变异类型,突变频率分别为29.5%、10.5%和3.8%。     

小麦籽粒多酚氧化酶及其控制基因研究进展

小麦籽粒多酚氧化酶（polyphenol oxidase,PPO）活性是引起面制食品褐变的主要原因。目前常用测试小麦籽粒PPO活性的方法为邻苯二酚法和LDOPA法等。基因型和环境均对小麦籽粒PPO活性产生显著影响,但基因型是最为主要的决定因素。影响小麦籽粒PPO活性的基因主要位于2AL染色体上的PpoA1位点和2DL染色体上的PpoD1位点。目前,在PpoA1位点已发现7种等位变异类型,在PpoD1位点已发现4种等位变异类型,其中PpoA1b和PpoD1a类型表现出低PPO活性,而PpoA1a和PpoD1b类型则表现出高PPO活性。依据其序列特征,已经有PPO16、PPO18、PPO29和PPO33等多个籽粒PPO活性基因的功能性分子标记被开发,从而为以颜色为目标的小麦品质改良提供了有力的技术支撑。本文综述了小麦籽粒多酚氧化酶的检测方法及其遗传特征,并重点阐述了小麦籽粒多酚氧化酶的基因克隆、等位变异类型及其功能性分子标记研发情况,旨在为我国小麦品质改良及小麦籽粒多酚氧化酶活性的遗传研究提供一定的理论依据和有用信息。     

新疆小麦品种Wx基因组成及其淀粉糊化特性研究

为了给新疆小麦淀粉品质改良和优质面条小麦新品种选育提供理论依据,利用WxA1、WxB1和WxD1位点的3个STS标记（MAG264、BDFLBRD和MAG269）对250份新疆小麦品种（包括157份冬小麦品种和93份春小麦品种）Wx基因的组成进行了鉴定,同时测试了185份冬、春小麦品种的淀粉糊化特性。结果表明,新疆小麦品种（系）Wx基因组成比较单一,以野生型（WxA1a/WxB1a/WxD1a）为主,占参试品种总数的84.0%,除了在WxB1位点发现亚基缺失的品种（缺失比例为13.6%）外,没有发现其他亚基缺失类型。WxB1蛋白亚基缺失比例在冬、春小麦间差异较大,春小麦品种WxB1亚基缺失比例（21.5%）要高于冬小麦品种（8.9%）;农家品种、引进品种和育成品种中WxB1亚基缺失比例也各不相同,依次为0%、5.6%和22.6%。分析表明,新疆小麦品种淀粉糊化特性变异范围相当广泛,冬、春小麦品种在峰值黏度、稀澥值和反弹值等主要淀粉指标上均达到极显著差异,春小麦品种的淀粉特性优于冬小麦品种,并且WxB1亚基缺失体淀粉糊化特性的平均表现总体优于非缺失体。本研究所用3个分子标记对小麦基因组DNA扩增的稳定性、重复性较好,检测结果准确、可靠,可以用于小麦品种Wx基因组成的鉴定和糯质专用小麦的分子标记辅助选育。     

陕西小麦 Glu A3和 Glu B3位点等位变异的检测和分析

低分子量谷蛋白亚基（LMWGS）与小麦品质密切相关。为了给陕西小麦的品质改良提供参考依据,采用STS分子标记,检测了175份陕西小麦品种（系） GluA3和 GluB3位点的等位变异组成。结果表明,陕西小麦 GluA3位点存在4种等位变异,即 GluA3a、 GluA3b、 GluA3c和 GluA3d,分别占12.6%、1.7%、58.3%和27.4%; GluB3位点存在8种等位变异,即 GluB3a、 GluB3b、 GluB3d、 GluB3e、 GluB3f、 GluB3g、 GluB3i和 GluB3j,分别占4.6%、2.9%、45.7%、0.6%、2.9%、8.5%、4.0%和30.8%。在陕西不同地区小麦之间,两个位点等位变异的种类、组合及其分布比例存在差异,这可能与地区间不同的自然地理环境、饮食习惯、育种目标及亲本选择有关。     

小麦籽粒硬度及其Pinb-D1基因等位变异的STS标记检测

为了明确内蒙古春小麦和部分引进冬小麦的籽粒硬度及其等位变异类型,用SKCS 4100单籽粒谷物硬度仪和STS分子标记对17份冬小麦、87份春小麦品种扣38份春小麦高代品系的籽粒硬度及其Pinb-Dla,Pinb-D1b和Pinb-Dlc等位基因进行了分析.结果表明,在104份冬、春小麦品种中,籽粒硬度指数变幅为1±16～74±21,其中软质、混合和硬质麦频率分别为23.1%、49.0%和27.9%;Pina-D1a/Pinb-D1a、Pina-D1a/Pinb-D1b和Pina-D1a/Pinb-D1c基因型分憋为68份、27份和4份.在38份高代品系中,籽粒硬度指数变幅为O±18～49±17,软质和混合麦频率分别为68.4%和31.6%,Pina-D1a/Pinb-D1a和Pina-D1a/Pinb-D1b基因型分别为20份和18份.     

陕西小麦Glu-A3和Glu-B3位点等位变异的检测和分析

低分子量谷蛋白亚基（LMW-GS）与小麦品质密切相关。为了给陕西小麦的品质改良提供参考依据,采用STS分子标记,检测了175份陕西小麦品种（系）Glu-A3和Glu-B3位点的等位变异组成。结果表明,陕西小麦Glu-A3位点存在4种等位变异,即Glu-A3a、Glu-A3b、Glu-A3c和Glu-A3d,分别占12.6%、1.7%、58.3%和27.4%;Glu-B3位点存在8种等位变异,即Glu-B3a、Glu-B3b、Glu-B3d、Glu-B3e、Glu-B3f、Glu-B3g、Glu-B3i和Glu-B3j,分别占4.6%、2.9%、45.7%、0.6%、2.9%、8.5%、4.0%和30.8%。在陕西不同地区小麦之间,两个位点等位变异的种类、组合及其分布比例存在差异,这可能与地区间不同的自然地理环境、饮食习惯、育种目标及亲本选择有关。     

不同硬度小麦品质差异的分析

为了解不同硬度级别小麦的品质差异,并为新国标<小麦硬度测定硬度指数法>在中国小麦硬度测定中的推广和应用提供参考依据.选取硬质小麦、中硬小麦和软质小麦各6个品种,分别对其品质性状进行测试.结果表明,小麦耔粒硬度与沉淀值、湿面筋含量、破损淀粉含量、面包评分等小麦品质特性和加工特性达极显著相关关系.容重、出粉率和破损淀粉含量随着硬度指数值的升高逐渐增加,但其差异仅在软质小麦与硬质小麦之间达显著水平.硬质小麦与中硬小麦之间未达显著水平.随着硬度指数的升高,面粉蛋白质含量逐渐升高,粗淀粉含量逐渐降低,且在不同硬度小麦级别之间都迭显著水平;直链淀粉占样品的比重逐渐降低,支链淀粉含量升高;面包、面条的加工品质逐步得到了改善,其中面包品质的改善较面条品质更为显著.     

小麦籽粒发育时期Puroindolines蛋白与硬度的关系

为探讨Puroindolines蛋白的表达特点与籽粒硬度的关系,采用改进的SDS-PAGE凝胶分析了不同硬度小麦品种的籽粒在各个发育时期Puroindolines蛋白的表达.结果表明,不同硬度的小麦籽粒中总Puroindolines(PinA和PinB)蛋白的表达量差异不大,但与胚乳淀粉颗粒结合的Puroindolines蛋白量差异非常明显:在籽粒发育的不同时期,软质小麦籽粒淀粉粒表面结合的Puroindolines蛋白量显著高于硬质小麦;基因型同为野生型但硬度有差异的品种,籽粒较软的材料其淀粉粒表面结合的Puroindolines蛋白量也明显高于较硬的材料,说明该蛋白的结合特性是决定籽粒硬度的直接原因.结果还表明,胚乳中水溶性戊聚糖与籽粒硬度关系密切.     

Mapping kernel texture in a soft durum (Triticum turgidum subsp. durum) wheat population

Kernel texture (”hardness”) is one of the major determinants of wheat quality and is primarily controlled by the Puroindoline (Pin) genes, located at the Hardness (Ha) locus. The absence of the Ha locus is responsible for the extremely hard kernels of durum wheat (T. turgidum subsp. durum). Recently, the Pin genes from a soft common wheat variety were introgressed into durum wheat through homoeologous recombination. The objective of this study was to map kernel hardness in a soft durum wheat population derived from the cross between the varieties “Creso” and “Langdon 1–678“. In all, 428 F₆ lines were evaluated for kernel hardness through the Single Kernel Characterization System; Hardness Index (HI) values ranged from −2 to 44. The same lines were genotyped using genotyping-by-sequencing, targeted amplicon sequencing, and sequence-tagged-site markers. A total of 8537 markers were used to conduct single marker-trait association analysis and two major significant regions were identified on chromosomes 3AL and 6AS each responsible for an additive effect of ∼6 HI units. Kompetitive allele specific markers targeting these regions were selected and tested in the whole population. To date, this is the first study to investigate the genetic factors behind hardness variation in durum wheat.     

The influence of temperature extremes on some quality and starch characteristics in bread,biscuit and durum wheat

Environmental conditions during grain-fill can affect the duration of protein accumulation and starch deposition, and thus play an important role in grain yield and flour quality of wheat. Two bread-, one durum- and one biscuit wheat were exposed to extreme low (−5.5 °C for 3 h) and high (32 °C/15 °C day/night for three days) temperatures during grain filling under controlled conditions for two consecutive seasons. Flour protein content was increased significantly in one bread wheat, Kariega, under heat stress. Cold stress significantly reduced SDS sedimentation in both bread wheats. Kernel weight and diameter were significantly decreased at both stress treatments for the two bread wheats. Kernel characteristics of the biscuit wheat were thermo stable. Kernel hardness was reduced in the durum wheat for the heat treatment. Durum wheat had consistently low SDS sedimentation values and the bread wheat high values. Across the two seasons, the starch content in one bread wheat was significantly reduced by both high and low temperatures, as is reflected in the reduction of weight and diameter of these kernels. In the durum wheat, only heat caused a significant reduction in starch content, which is again reflected in the reduction of kernel weight and diameter.     

Transformation of Pinb-D1x to soft wheat produces hard wheat kernel texture

Kernel hardness - a key quality trait of common wheat (Triticum aestivum L.) - is mainly conditioned by the Pina and Pinb genes. Mutation or deletion of Pina or Pinb increases kernel hardness, resulting in a hard wheat kernel texture. Here, Pinb-D1x gene was cloned from a hard wheat landrace Kashibaipi and transformed into a soft wheat cultivar Yangmai19 to assess its effect on kernel hardness and flour properties. PCR, RT-PCR and Western blot data confirmed the successful transformation and overexpression of Pinb-D1x gene in transgenic offsprings. The data of single kernel characterization system and scanning electron microscopy revealed that the introduction of Pinb-D1x in soft wheat increased the kernel hardness significantly and changed the internal structure of the kernel. Similarly, transgenic lines exhibited hard wheat like flour properties; flour whiteness and pasting temperature were significantly reduced in the transgenic lines, while the total protein content, damaged starch content, and compound parameter in the Mixograph tests (PT × TW value) showed a significant increase over the wildtype. The results showed that the transformation of the Pinb variants is a powerful strategy to alter the kernel hardness and flour properties in wheat breeding.