小麦高分子量麦谷蛋白亚基基因功能标记研究进展

普通小麦是中国主要口粮作物之一,小麦籽粒中高分子量麦谷蛋白亚基(HMW-GS)是决定小麦加工品质、面团流变学特性及面团微结构的重要因素。普通小麦中HMW-GS基因的等位变异、组合、相对表达量显著影响面粉的最终用途。采用功能标记鉴定小麦HMW-GS已成为小麦种质资源筛选、加工品质改良、加速优质小麦育种的研究热点之一。本研究综述了普通小麦HMW-GS基因功能标记开发、运用的研究进展及存在的不足,期望加速HMW-GS功能标记开发,加强其在优质小麦育种中的应用。     

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。     

利用转基因技术改良小麦品质的研究进展

小麦作为世界丰要粮食来源,其转基因遗传改良受到广泛关注.随着生活水平的提高,人们对面食品各种品质的需求也越来越高,利用转基因技术对小麦进行品质改良成为近几年小麦研究的热点.小麦品质包括加工品质和营养品质,加工品质又包括磨粉品质和食品加工品质.目前的小麦品质改良中,磨粉品质的改良主要通过提高籽粒硬度(grain hardness)基因pin的含量;食品加工品质的改良主要通过提高小麦高分子量谷蛋白业基(high-molecular-weight glutenin subunit,HMW-GS),尤其是1ny10、1Dx5及1Ax1亚基的含量;小麦的营养品质改良主要是提高赖氨酸及铁结合蛋白的含量;面粉白度是衡量面粉品质的重要性状之一,利用转基因技术从遗传因素进行的面粉白度改良主要集中在对多酚氧化酶(polyphenol oxidase,PPO)的抑制上;淀粉品质是小麦品质的一个重要方面,淀粉品质改良的研究主要集中在对支链含量相关淀粉基因的研究上.本文就应用转基因技术对小麦品质在这五个方面的改良进行了概括介绍,并对其中存在的问题进行了探讨.     

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。     

小麦高分子量谷蛋白亚基研究进展

主要介绍了HMW-GS与小麦烘烤品质的关系及电泳技术、免疫化学技术和分子标记技术在HMW-GS研究中的应用,综述了国内外在HMW-GS研究中应用的各种材料及优缺点,同时论述了HMW-GS研究在小麦育种中的应用,提出对HMW-GS进行定量分析及各HMW-GS质和量对品质的影响进行进一步研究的可行性     

簇毛麦HMW-GS基因的位点特异PCR(AS-PCR)标记及其多态性

簇毛麦含有丰富的HMW-GS基因变异.本研究旨在建立簇毛麦HMW-GS基因的位点特异PCR(AS-PCR)标记,并对18个居群簇毛麦HMW-GS基因遗传多样性进行系统评价,为开发和利用簇毛麦HMW-GS改良普通小麦品质奠定基础.根据先前克隆的3个簇毛麦HMW-GS基因序列(1Va、1Vb和1Vc)和已发表的普通小麦HM...     

4套强筋小麦HMW-GS多重PCR体系的构建

小麦高分子量麦谷蛋白亚基(HMW-GS)组成与其加工品质密切相关,建立其相关简便有效的遴选体系对小麦品质评价和优质品种选育具有重要意义.本研究选用对小麦品质有重要影响的HMW-GS基因的特异性分子标记,基于26份已知HMW-GS组成的小麦品种(系)检测验证基础上,建立强筋小麦HMW-GS基因的多重PCR检测体系.已建立...     

小麦种子贮藏蛋白研究进展

本文就近年来对小麦种子贮藏蛋白的种类,特性,编码基因及等位基因变异与品质的关系等方面的研究进展进行了综述,以期为小麦品质改良和食品加工发展提供参考。     

Glu-1位点缺失对小麦麦谷蛋白聚合体粒度分布及面团特性的影响

以Glu-1位点正常和部分缺失的小麦品系为材料,探讨HMW-GS和LMW-GS组成与谷蛋白聚合体粒度分布和面团特性的关系,为利用HMW-GS缺失系改良小麦品质提供理论依据。在20个供试硬白冬麦品系中,1个品系为Glu-A1位点缺失,5个品系为Glu-D1缺失,3个品系为Glu-A1和Glu-D1双缺失。所有品系的蛋白质含量皆较高(13.39%~14.12%),品系间无显著差异,缺失系与非缺失系间也无显著差异。Glu-1位点缺失显著降低了高分子量谷蛋白/低分子量谷蛋白比(HMW/LMW)、不溶性谷蛋白大聚体的含量和百分比。谷蛋白/醇溶蛋白比(GLU/GLI)在基因型间变幅较小,且在缺失系和非缺失系间无显著差异。Glu-1位点缺失显著降低了面团弹性,但显著提高了面团的延展性。部分Glu-1位点缺失系仍具有较高的面团强度和突出的延展性,谷蛋白聚合体粒度分布和面团特性受谷蛋白亚基组成和表达量的共同影响。研究结果表明,利用Glu-1位点亚基缺失可能是改善面筋延展性,提高食品加工品质的方法之一。     

冬小麦高、低分子量麦谷蛋白亚基形成时间和积累强度及其与沉降值的关系

采用6个不同品质类型冬小麦品种研究高、低分子量麦谷蛋白亚基形成时间和积累强度及其与沉降值的关系。结果表明, 在籽粒形成过程中,各品种的高分子量谷蛋白亚基（HMW-GS）开始形成时间及形成速度不同,低分子量谷蛋白亚基（LMW-GS）B区在花后10 d基本形成;随着籽粒发育,HMW-GS和LMW-GS的类型和积累量都逐渐增多。强筋小麦     

小麦Glu-1位点变异和1B/1R易位对谷蛋白亚基表达量和面包加工品质的影响

选用北方冬麦区近年来育成的优质强筋品种及山东省主栽品种共42份, 采用反相高效液相色谱法(RP-HPLC)和凝胶色谱法(SE-HPLC)对小麦贮藏蛋白组分进行量化, 分析了不同高分子量谷蛋白亚基(HMW-GS)组成对其表达量、面团流变学特性和面包加工品质的影响。结果表明, Glu-D1位点对谷蛋白亚基含量和加工品质的加性效应最大, 达5%显著水平, 贡献率为28.5%~71.3%。在Glu-A1和Glu-D1位点, 单个亚基对谷蛋白亚基含量和加工品质的贡献分别为1>2*>N和5+10>2+12>4+12, 而在Glu-B1位点, 则表现为差异不显著。不同亚基组合的HMW–GS表达量差异达5%显著水平, 相同亚基组合的品种间贮藏蛋白组分表达量的变异较大, 亚基表达量的差异可能是导致品种间品质差异的重要原因。1B/1R易位显著降低LMW-GS、谷蛋白总量和%UPP, 导致加工品质变劣。选择具有优质亚基组合, 且谷蛋白亚基表达量高的类型, 是有效改良面筋强度, 进一步提高优质新品种选育的有效途径。     

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     

簇毛麦新型HMW-GS的序列分析及加工品质效应鉴定

利用设计的HMW-GS特异引物,从簇毛麦TA10220中克隆到6条HMW-GS基因序列(1.0~1.7 kb, GenBank登录号为KF887414~KF887419),比普通小麦HMW-GS基因序列小,其中KF887414~KF887417为能正常表达的基因,KF887418和KF887419是编码区出现终止信号的假基因。综合推导氨基酸的序列分析以及基于编码蛋白全序列、N-端和C-端域的进化树分析,认为KF887414属于y型HMW-GS,KF887415~KF887419的氨基酸序列同时具有x和y型的结构特征。将具有完整编码区的4个基因在宿主菌Escherichia coli Rosetta-gami B(DE3)中经IPTG诱导表达,通过SDS-PAGE分析表达的蛋白质和种子提取的HMW-GS,经Western blot进一步检测表达产物,证明蛋白质表达成功。通过His-Trap HP柱纯化表达蛋白,回收产物经SDS-PAGE分析后,低温冷冻干燥备用。将冷冻干燥的回收产物加入中国春基础面粉中,利用微量掺粉试验通过测定粉质参数来鉴定簇毛麦来源的HMW-GS对面粉品质的影响,结果表明,簇毛麦来源的4个HMW-GS对于面粉加工品质具有显著的正向效应。     

小麦主要品质性状研究进展

小麦作为保障中国粮食生产安全和助推农业高质量发展的主要粮食作物,尤其对小麦品质的提高显得越来越迫切。小麦品质性状较为复杂,经过多年的遗传改良,小麦品质性状研究取得了一些重要进展,但中国小麦品质改良仍处于中低水平。笔者对小麦几个重要品质性状的研究现状进行了简要概述,重点是对控制小麦营养品质、加工品质的性状遗传改良进行总结。主要分析了小麦蛋白含量、面筋含量、淀粉含量及沉淀值遗传特点,综述了各品质性状的分子遗传规律及相关调控的主要基因。尤其随着分子生物学及生物技术的发展,小麦品质性状的遗传调控规律的明晰,未来可将分子设计育种作为重点研究方式。     

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。     

高分子量谷蛋白单亚基缺失对软质小麦宁麦9号加工品质的影响

基因敲除是研究高分子量谷蛋白(HMW-GS)亚基功能的重要方法。本研究以软质小麦宁麦9号野生型及其单亚基缺失系为材料,探讨了HMW-GS缺失对籽粒品质性状、谷蛋白组分含量和加工品质的影响。在29份参试品系中,野生型有3个穗系,Glu-A1x、Glu-B1x、Glu-B1y、Glu-D1x和Glu-D1y缺失型分别有5、7、5、5和4份。野生型与缺失型,以及缺失型之间的蛋白质含量、湿面筋含量、籽粒硬度和溶剂保持力无显著差异。缺失型的谷蛋白/醇溶蛋白、高分量谷蛋白/低分子量谷蛋白含量比值低于野生型,其中Glu-B1x和Glu-D1x缺失型的比值显著低于野生型(P<0.05)。缺失型的揉面仪峰值时间和8 min带宽变异范围分别为1.38~1.64 min和3.38%~3.98%,显著低于野生型的2.00 min和4.57% (P<0.05),以Glu-B1x和Glu-D1x缺失型表现最低。与野生型相比,缺失型的糖酥饼干直径均有增加,其中Glu-B1x、Glu-B1y和Glu-D1y缺失型饼干直径的增加达显著水平(P<0.05),而缺失型之间的差异不显著。在宁麦9号背景下,高分子量麦谷蛋白单亚基缺失弱化了面筋强度,改善了糖酥饼干加工品质,亚基敲除可能是进一步提高软质小麦加工品质的有效途径。     

High Temperature-induced Changes in High Molecular Weight Glutenin Subunits of Chinese Winter Wheat and its Influences on the Texture of Chinese Noodles

Post-anthesis temperature affects wheat flour quality, dough properties and end-use quality. In order to investigate the changes in high molecular weight glutenin subunit (HMW-GS) expression caused by elevated temperature and its influences on the texture properties of Chinese noodles, three temperature-induced (<35 °C) treatments were applied to two cultivars with different gluten strengths. The cultivars were grown outside in 0.75 m² containers on the farm of Shandong Agricultural University in 2003–2004. Three post-anthesis temperature treatments, at 15 days after anthesis (DAA), 20 and 25 DAA, respectively, were applied during the grain-filling period by moving the containers from outside into a greenhouse at three replicates per treatment. At maturity, the HMW-GS was extracted. The results indicated that the HMW-GS expression from the wheat with stronger gluten strength appeared to be more tolerant under the different treatments than did that from the weaker dough strength wheat. The same HMW-GS (5 + 10) from different cultivars showed different effects on noodle quality. Moderately high temperature treatments benefited wet noodle texture quality and noodle scores at a different degree. All HMW-GS expression in wheat with the weaker strength appeared to be negatively correlated with wet noodle firmness (WNF) and wet noodle cutting force (WNCF). Some correlation coefficients showed significance. However, HMW-GS expression at Glu-B1 and individual Glu-B1x 14 expression from the strong wheat demonstrated significantly positive correlations with WNF and WNCF. Individual HMW-GS expression of the Glu-B1 and Glu-B1 location and the X-type subunits showed significantly positive correlations with the noodle score. The same HMW-GS at Glu-D1 from varieties with different gluten strength had different contributions to noodle quality.