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。     

低分子量谷蛋白亚基GlU-A3和GlU-B3位点对小麦面筋强度和烘焙特性影响

低分子量谷蛋白亚基是小麦谷蛋白亚基的重要组成部分,黄淮麦区小麦低分子量谷蛋白亚基组成对品质的效应尚缺乏系统的研究。本研究采用SDS-PAGE方法,鉴定了黄淮麦区42个小麦品种的Glu-A3位点和Glu-B3位点低分子量谷蛋白亚基组成,分析了低分子量谷蛋白亚基对小麦面筋强度和烘烤品质的影响。结果表明,在Glu-A3位点,对面筋强度和面包烘焙品质正向效应为:d,b>a,e;在Glu-B3位点,对面筋强度正效应为:h,d>f>g,b,j,对面包烘焙品质正向效应为:h>f,d>g,b,j。Glu-A3d/Glu-B3h亚基组合具有较好的面筋强度和烘焙品质。就低分子量谷蛋白亚基单个变异位点对品质综合效应而言,Glu-B3位点对品质作用比较大,与Glu-B1位点相近,同时,高低分子量谷蛋白亚基之间存在着互作效应,以Glu-B1/Glu-A3和Glu-D1/Glu-B3位点的互作效应比较显著。Glu-A3和Glu-B3位点及其所编码的不同亚基种类对品质的效应差异显著,并且与高分子量谷蛋白亚基位点存在互作,对不同位点优质亚基的聚合将有助于小麦品质的遗传改良。     

黄淮麦区南片小麦Glu-3位点等位变异分析

小麦的加工品质与低分子量谷蛋白亚基(LMW-GS)组成息息相关。为了尽快改良黄淮麦区小麦加工品质,应用STS分子标记与SDS-PAGE相结合的方法对小麦低分子量谷蛋白亚基Glu-A3、Glu-B3与Glu-D3位点的等位基因变异类型进行检测。结果表明:黄淮麦区南片356份小麦品种(系)中共检测到15种Glu-3位点等位变异,Glu-A3位点含Glu-A3a、Glu-A3b、Glu-A3c和Glu-A3d共4种等位变异,其分布频率分别为12.1%,13.5%,41.0%,33.4%;GluB3位点含Glu-B3a、Glu-B3b、Glu-B3d、Glu-B3f、Glu-B3g、Glu-B3h、Glu-B3i和Glu-B3j共8种等位变异,其分布频率分别为8.71%,8.99%,23.0%,5.90%,7.30%,3.65%,0.28%,42.1%;Glu-D3位点含Glu-D3a、Glu-D3b和Glu-D3c共3种等位变异,其分布频率分别为40.2%,29.8%,30.0%。等位变异组合Glu-A3c/Glu-B3j/Glu-D3a分布频率最高(10.7%)。通过优质亚基的转育,多个优质亚基的聚合,将有助于改良我国小麦的品质。     

CIMMYT引入小麦材料HMW-GS组成研究

利用SDS-PAGE技术对385份CIMMYT种质进行高分子量麦谷蛋白亚基组成分析。结果表明:Glu-A1、Glu-B1、Glu-D1位点上变异类型丰富,共存在11亚基与24种组合类型,优质亚基出现的频率非常高,Glu-A1位点上的1亚基的频率达到了33.5%,Glu-B1优质亚基7+8出现的频率11.2%,Glu-D1位点优质亚基5+10出现的频率达到81.3%。评分在7分以上的材料达37.8%,23个材料评分在9分以上,高分子量麦谷蛋白亚基的平均得分7.08分。通过在这些材料中选取评分较高的与贵州小麦进行杂交,可有效提高贵州小麦品种的产量与品质。     

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.     

HMW-GS和LMW-GS组成对小麦加工品质的影响

高分子量麦谷蛋白亚基(HMW-GS)和低分子量麦谷蛋白亚基(LMW-GS)是决定小麦加工品质的重要因素。以小麦品种PH82-2(亚基组成1, 14+15, 2+12和Glu-A3d, Glu-B3d, Glu-D3c)和内乡188(亚基组成1, 7+9, 5+10和 Glu-A3a, Glu-B3j, Glu-D3b)的242份F₃和F₄株系(试验I)和91份产量比较试验材料(试验II)研究了贮藏蛋白组成对小麦加工品质的影响。结果表明,HMW-GS和LMW-GS等位变异对籽粒蛋白质含量的影响不大,但对加工品质均有极显著影响(P<1%)。就位点的效应而言,Glu-D1位点对加工品质的效应较大,而Glu-D3位点的效应较小。就单个亚基而言,在Glu-B1位点,14+15<7+9;在Glu-D3位点,Glu-D3c>Glu-D3b。1B/1R易位系的部分品质性状,如和面时间、曲线下降斜度和峰积分好于非1B/1R易位系。     

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。     

中国小麦微核心种质低分子量麦谷蛋白Glu-A3位点等位基因的PCR检测

低分子量麦谷蛋白在麦谷蛋白中约占75%,对小麦品质具有重要的作用。目前对LMW-GS组成与小麦品质的关系尚无统一的、标准的、综合的结论,中国小麦LMW-GS的分布现状尚很少研究。本研究利用7对低分子量麦谷蛋白Glu-A3位点等位基因的特异引物标记,对200份中国小麦微核心种质的Glu-A3位点的分布状况进行PCR分析,结果表明:中国微核心种质中以c、a、d三个等位亚基的品种数目为多,近一半的品种含Glu-A3c,1/4的品种含Glu-A3a,14.5%的品种含Glu-A3d,三者占总品种数的85%。含Glu-A3b和Glu-A3e的品种各占5%左右,含Glu-A3f的只占1%,因此,对面筋强度作用较大的b、d亚基的数目较少,而对面筋强度作用最小的c亚基却占44.5%。可见通过调整LMW-GS亚基的组成将是改良我国小麦品质的一条重要的途径。     

小麦高分子量麦谷蛋白亚基多重PCR扩增体系的建立

小麦的加工品质与小麦高低分子量麦谷蛋白的组成和含量密切相关,特别是Glu-1位点编码的高分子量麦谷蛋白亚基(HMW-GS)的组成和含量.其中与好的加工品质相关的优质亚基如1Dx5、1Ax2*和1Bx7OB(over-expression)特异的分子标记已经被建立并应用于品质改良的分子育种.本研究的目的在于通过摸索PCR反应组分和循环参数对多重PCR反应结果的影响,建立一次反应能够同时鉴定1Ax2*、1Bx7OE和1Dx5亚基的多重PCR反应体系.结果表明:反应体系中的三种亚基的引物浓度比例和反应的Tm值是多重PCR成败的关键因素,当引物浓度比例为1Dx5:1Bx7CEL:1Ax2*=0.1:0.2:0.3或1Dx5:1Bx7OE:1Ax2*=0.1:0.2:0.4,Tm=60℃时1Ax2*、1Bx7OE和1Dx5亚基的多重PCR结果最好.利用HMW-GS的多重PCR的方法可以快速高效的鉴定多个亚基,可以进行小麦品质育种的复合分子标记辅助选择.     

四川藏区小麦地方品种高分子量谷蛋白亚基组成分析

利用SDS-PAGE分析检测了36份四川藏区小麦地方品种的高分子量谷蛋白亚基组成,从中可检测到7种亚基组合类型.其中,Null、7+8、2+12为四川藏区小麦的优势亚基组合,其频率高达58.33%.在Glu-A 1、Glu-B 1和Glu.D 1位点中,分别有3,5和3种等位变异类型,各位点出现频率最高的亚基分别是Null、7+8和2+12,频率分别为86.11%、63.89%和94.44%.在WL25的Glu-B 1位点发现了一个未知的y型亚基,其迁移率比By 8慢,与Bx7以亚基组合形式同时出现.在wL 16的Glu-D 1位点,Dx亚基沉默,而仅表达了Dy 12亚基.参试材料的面包品质评分为4-8分,无评分达9分以上的品种.     

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.     

HMW-GS和LMW-GS组成及1BL/1RS易位对春小麦品质性状的影响

分析了221份春小麦品种（系）的HMW-GS、LMW-GS组成和1BL/1RS易位状况,并用其中104份品种（系）研究了HMW-GS和LMW-GS等位变异及1BL/1RS易位对品质性状的影响。结果表明,1、7+9、5+10、GluA3a和GluB3j分布较广,频率分别为57.5%、45.2%、63.8%、29.0%和42.5%。1BL/1RS易位系相当普遍,西北春麦区和东北春麦区频率分别为44.3     

Genetic variation of wheat glutenin subunits between landraces and varieties and their contributions to wheat quality improvement in China

Glutenin, one of major factors effecting bread-making quality, is comprised of a mixture of polymers, viz. high-molecular-weight glutenin subunits (HMW-GSs) and low-molecular-weight glutenin subunits (LMW-GSs). Understanding variation among these glutenin subunits can help breeders determine allelic effects on specific quality traits and to use them as genetic markers. The HMW-GS and LMW-GS compositions of 390 landraces and 225 released varieties were analyzed by SDS–PAGE, and some quality traits, including Zeleny sedimentation volume, dough development time, stability time and strengths, were evaluated. The results indicated that 17 and 13 HMW-GSs were present in landraces and released varieties, respectively. For LMW-GS (Glu-A3 and Glu-B3 loci), 12 alleles were found in both landraces and released varieties. Total allelic richness at glutenin loci in landraces was higher, but the genetic dispersion index was lower than in released varieties. Two new subunit combinations 6 + 16 and 7 + 22, and some rare subunits 6 + 9*, 23 + 22, 6* + 8, 7 and 8, were identified in landraces and released varieties. The Glu-D1 and Glu-B3 loci had significantly positive effects. Based on the comparison of the effect of each subunit on quality, it was concluded that subunits 1 at Glu-A1, 13 + 16, 17 + 18 and 6 + 16 at Glu-B1, 5 + 10 at Glu-D1, Glu-A3b at Glu-A3 and Glu-B3d at Glu-B3 contributed larger positive effects on bread-making quality than alternative alleles. From this study, genetic materials with strong gluten and good quality were identified in landraces that did not carry the 1BL.1RS translocation.     

麦谷蛋白亚基Clu-1和Glu-3位点基因等位变异对小麦品质特性的影响

甲单向一步SDS-PAGE方法分析表明亲本品种Suneca和Cook在麦谷蛋白亚基的5个位点(Glu-B1,Glu-D1,Glu-A3,Glu-B3和Glu-D3)均含不同等位基因。本研究重点对Suneca×Cook的F_4代群体中在麦谷蛋白亚基位点均为纯合基因的60个系的出粉率(FY),面粉蛋白质含量(FP)及和面时间(PTM)进行了分析,以研究麦谷蛋白各亚基位点等位基因变异及位点间互作对小麦品质特性的影响。结果表明,不同基因型间出粉率无显著差异,Glu-D1位点等位基因d和a对FP的效应存在显著差异,Glu-Dld基因(编码5 10亚基)的正效应显著高于Glu-Dla基因(编码2 12亚基);Glu-D1、Glu-A3和Glu-B3位点上基因的等位变异对PTM有显著和极显著影响,含Glu-Dld、Glu-A3b和Glu-B3b基因的系分别比含Glu-Dla,Glu-A3d和Glu-B3h基因的系有较长的和面时间;Glu-B1位点上等位变异i和u以及Glu-D3位点等位基因b和e分别对PTM无明显影响。在这种遗传背景下,麦谷蛋白亚基位点对PTM的效应大小依次排列为Glu-D1>Glu-B3>Glu-A3>GIu-B1=Glu-D3。Glu-1位点和Glu-3位点间对和面特性的影响存在累加效应和互作效应。     

Allelic variation in high-molecular-weight glutenin subunit Loci of Glu-1 in Japanese common wheats

Seed storage proteins of 131 Japanese Norin wheat (Triticum aestivum) varieties were fractionated by sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis to determine allelic make-up in varieties at each of three loci that control high-molecular-weight (HMW) glutenin subunits. Three alleles were identified at the Glu-A1 locus, six at the Glu-B1 locus and five at the Glu-D1 locus. Twenty-four different, major glutenin HMW subunits were identified and each contained three to five subunits and seventeen different glutenin subunit patterns were observed for 19 subunits in the 131 Japanese Norin varieties. Fourteen alleles were identified by comparison of subunit mobility with that previously found in hexaploid wheat. Japanese Norin varieties showed a specific pattern of allelic variation in glutenin HMW subunits, different from that of Chinese and other country common wheats in allelic frequency at Glu-1 loci. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

冬小麦品种的HMW-GS组成和1BL/1RS易位分布及其与品质性状的关系研究

研究了我国代表性冬小麦品种(系)高分子量麦谷蛋白亚基(HMW-GS)以及1BL/1RS易位的分布和组成,探讨了其对揉面仪特性等小麦加工品质性状的影响,结果表明:在Glu-A1位点,我国小麦品种中1亚基的频率为64.0%,N亚基为32.5%,2*亚基频率低,为3.5%;在Glu-B1位点,7 9亚基占56.8%,7 8亚基为26.4%,14 15亚基为10.7%,而20,13 16,7亚基的材料极少(频率分别为3.6%,1.5%和1%);在Glu-D1位点,2 12和4 12亚基合计占63.0%,而5 10亚基的比例偏低,为37.0%.1BL/1RS易位系的比例仍然偏高,为50.8%.HMW-GS组成及1BL/1RS易位对小麦加工品质影响较大,其中5 10亚基对小麦绝大多数加工品质指标起正向作用,而1BL/1RS易位对大多数品质指标起负向作用.因此,我国小麦品种5 10亚基的频率仍然偏低,1BL/1RS易位系频率仍然偏高,可能正是目前我国小麦生产中优质品种面筋强度不够,品质稳定性差的原因所在.根据SDS-PAGE麦谷蛋白电泳结果或分子标记进行优质高、低分子量麦谷蛋白亚基选择,提高5 10等优质亚基的比例,并根据醇溶蛋白电泳结果进行1BL/1RS易位筛选,降低1BL/1RS频率,应成为今后我国优质小麦育种的重要目标和手段之一.     

小麦三雌蕊近等基因系的麦谷蛋白和醇溶蛋白分析

为充分利用小麦三雌蕊近等基因系的优良性状,深入探索其在小麦遗传育种中的利用价值。采用聚丙烯酰胺凝胶电泳技术,对小麦三雌蕊近等基因系的高分子量麦谷蛋白(HMW-GS)、低分子量麦谷蛋白(LMW-GS)和醇溶蛋白进行了分析。以‘中国春’(CS)为参照,按照LMW-GS和醇溶蛋白电泳图谱条带迁移距离大小和条带多态性对供试材料进行聚类分析。麦谷蛋白的SDS-PAGE电泳结果表明,10份材料共出现了10 种HMW-GS 亚基类型和8 种亚基组合;在Glu-A1 位点,主要亚基Null 的频率达60%;Glu-B1 位点,主要亚基7+8 的频率为50%;Glu-D1 位点,主要亚基2+12 的频率为60%;主要亚基组合为Null/7+8/2+12。10 份材料共分离出20 条LMW-GS带谱,其中共有带谱10 条,比例为50%。醇溶蛋白的A-PAGE电泳结果表明,10 份材料共分离出25 条带谱,其中共有带谱5 条,比例为20%。聚类分析结果表明,10 份材料的遗传距离为0.03~0.28,当遗传距离为0.26 时,10 份材料可分为3 大类。综合麦谷蛋白和醇溶蛋白分析以及聚类分析结果可知,小麦三雌蕊近等基因系不能用于提高小麦的品质育种,但可用于提升小麦的产量育种,其首要目标是提高千粒重。