Puroindoline b位点近等基因系对小麦面粉及面包和馒头品质的影响

明确不同硬度等位基因与加工品质的关系对小麦品质改良具有重要意义。本文以7个Puroindoline b位点近等基因系为材料,研究了不同硬度等位基因对小麦面粉及面包和馒头品质的影响。结果表明,Pina-D1b/Pinb-D1a基因型的籽粒硬度值、蛋白质含量以及破损淀粉含量较高;而Pina-D1a/Pinb-D1d基因型的出粉率、面粉亮度较高,具有较好的磨粉品质。和面仪参数中的峰高、峰宽和8 min尾高均以Pina-D1b/Pinb-D1a基因型数值最高,Pina-D1a/Pinb-D1d 基因型最低,且两者之间的差异均达到显著水平;Pina-D1b/Pinb-D1a基因型的衰落角最小。Pina-D1a/Pinb-D1c和Pina-D1a/Pinb-D1d基因型具有较高馒头色泽和张弛性评分,较好的馒头制作品质;Pina-D1a/Pinb-D1e和Pina-D1a/Pinb-D1g基因型次之。Pina-D1a/Pinb-D1f基因型的面包总评分略优于其他基因型。     

新疆小麦籽粒硬度Puroindoline b相关基因等位变异的分子检测

Puroindoline b-2(Pinb-2)基因与籽粒硬度基因Puroindoline b序列高度相似,与小麦籽粒硬度及其产量性状密切相关。本研究以3个籽粒硬度基因(Pina-D1,Pinb-D1和Pinb-2)的特异性功能标记对新疆99份冬小麦和24份春小麦品种(系)进行分子标记检测。在123份新疆小麦品种(系)中Pina-D1和Pinb-D1基因位点Pina-D1a、Pina-D1b、Pinb-D1a和Pinb-D1b等位变异的频率分别为85.4%、14.6%、57.7%和42.3%;在Pinb-2位点,39.0%的小麦品种含Pinb-2v2(低千粒重)等位基因,61.0%的小麦品种含Pinb-2v3(高千粒重)等位变异。在3个位点基因型组合分析表明,在所检测的新疆小麦种质中共有6种基因型组合,其中2种软质麦基因型Pina-D1a/Pinb-D1a/Pinb-2v2,Pina-D1a/Pinb-D1a/Pinb-2v3和3种硬质麦Pina-D1a/Pinb-D1b/Pinb-2v2、Pina-D1a/Pinb-D1b/Pinb-2v3、Pina-D1b/Pinb-D1a/Pinb-2v2、Pina-D1b/Pinb-D1a/Pinb-2v3,其分布频率分别为19.5%、22.8%、13.05%、30.1%、6.5%和8.1%。新疆冬小麦共有5种基因型组合,在不同类型冬麦资源中,具有高千粒重的软质麦类型Pina-D1a/Pinb-D1a/Pinb-2v3的分布频率大小顺序为地方品种(52.9%)自育品种(25.6%)引进品种(12.8%),与之相反,具有较高千粒重的硬质麦类型Pina-D1a/Pinb-D1b/Pinb-2v3和PinaD1b/Pinb-D1a/Pinb-2v3的分布频率大小顺序为:引进品种(53.8%)自育品种(32.5%)地方品种(5.9%);新疆春小麦共有6种基因型组合,在不同类型春麦资源中,具有高千粒重的软质麦类型Pina-D1a/Pinb-D1a/Pinb-2v3的分布频率大小顺序为:早期品种(20.0%)晚期品种(10.5%),与之相反,具有较高千粒重的硬质麦类型Pina-D1a/Pinb-D1b/Pinb-2v3和Pina-D1b/Pinb-D1a/Pinb-2v3的分布频率大小顺序为:晚期品种(47.4%)早期品种(45.8%)。新疆小麦以硬质麦为主,在软冬麦、硬冬麦、软春麦和硬春麦中均是具有Pinb-2v3(高千粒重)等位变异类型的分布频率高于具有Pinb-2v2(低千粒重)等位变异类型。将3个位点特异性标记结合起来使用,不仅能有效的应用于小麦与籽粒硬度改良,同时能应用于小麦产量性状改良方面。     

CIMMYT普通小麦籽粒硬度等位变异的检测

籽粒硬度主要由5D染色体短臂的一对主效基因Ha控制,研究籽粒硬度等位变异有助于提高小麦的磨粉和食品加工品质。本试验对国际玉米小麦改良中心（CIMMYT）的138份历史品种和代表性高代品系的硬度基因型进行了研究。在用SDS-PAGE鉴定Pina-D1b/Pinb-D1a时,用10%甘油代替水配制分离胶,用PDA代替甲叉配制分离胶和浓缩胶,增强了PINA和PINB两种蛋白带型的分辨率。结果表明,与其他国家硬质麦中Pina-D1a/Pinb-D1b类型偏多的特点明显不同,CIMMYT硬质小麦中puroindoline a（PINA）蛋白缺失类型（或称Pina-D1b/Pinb-D1a）较多,为118个,占85.5%;Pina-D1a/Pinb-D1a（野生型）为11个,占8.0%;Pina-D1a/Pinb-D1b类型有9个,占6.5%。其中,PINA缺失对小麦籽粒硬度的影响最大,与其他2种基因型硬度值之间差异达5%显著水平。先前研究结果表明,PINA蛋白缺失类型的磨粉品质和面包烘烤品质均劣于Pina-D1a/Pinb-D1b类型,因此,建议CIMMYT多引进一些其他硬度变异类型的小麦种质,如Pina-D1a/Pinb-D1b类型等,以改善其硬度基因型过度单一的局面,从而减少PINA蛋白缺失带来的不利影响。同时,也提醒我国以其他用途如抗病、抗旱等为目的,引种CIMMYT小麦时,还应充分考虑PINA蛋白缺失对磨粉和加工品质的不利影响,以更合理引进和有效利用CIMMYT种质资源。     

Puroindoline基因对春小麦磨粉及馒头、面条品质的影响

以我国和CIMMYT的41份春小麦品种（系）为材料,研究了puroindoline基因型、SKCS硬度指数、出粉率、面粉灰分含量、面粉色泽（L*、a*和b*）、吸水率、总戊聚糖和水溶性戊聚糖含量以及馒头和面条品质之间的关系。结果表明,5份为Pina-D1a/Pinb-D1a类型,28份为PINA蛋白缺失（Pina-D1b/Pinb-D1a）类型,7份为Pina-D1a/Pinb-D1b类型,1份（青春533）为Pina-D1a/Pinb-D1c类型。籽粒硬度与面粉吸水率呈极显著正相关,相关系数为0.80,而与面粉亮度L*呈极显著负相关,相关系数为－0.77。Puroindoline突变型的硬度值、出粉率、吸水率及馒头重量、体积、宽度和总分均显著高于野生型,PINA蛋白缺失类型（Pina-D1b/Pinb-D1a）的籽粒硬度、面粉灰分含量、面粉a*绝对值和水溶型戊聚糖含量均显著高于Pina-D1a/Pinb-D1b类型,而馒头外观分和面条软硬度分值则显著低于后者。Pina-D1a/Pinb-D1a类型的面条L*值、L*－b*值和软硬度分值显著高于PINA蛋白缺失类型,而馒头外观颜色和面条b*值则显著低于后者。综合分析表明,Pina-D1a/Pinb-D1b类型馒头和面条品质略优于Pina-D1a/Pinb-D1a和Pina-D1b/Pinb-D1a。     

CIMMYT新型人工合成小麦Pina和Pinb基因等位变异

六倍体人工合成小麦由硬粒小麦（Triticum turgidum subsp. durum）与粗山羊草（Aegilops tauschii Coss.）杂交产生,是研究小麦进化过程中基因变异的重要材料。以国际玉米小麦改良中心（CIMMYT）提供的57份由野生二粒小麦（T. turgidum subsp. dicoccoides）与粗山羊草杂交产生的新型人工合成六倍体小麦为材料，用单籽粒特性测定仪和Pina、Pinb特异性PCR引物对其籽粒硬度变异以及控制籽粒硬度的主效基因Pina和Pinb的分布情况进行了研究。结果表明，这些材料的SKCS硬度值变异较大，从10.5到42.6，其中15~30的占78%。共有Pina-D1a、Pina-D1c、Pinb-D1h和Pinb-D1j 4种等位变异型，基因型为Pina-D1a/Pinb-D1j的8个，占14%；基因型为Pina-D1c/Pinb-D1h的49个，占86%。方差分析表明，基因型Pina-D1a/Pinb-D1j与Pina-D1c/Pinb-D1h对籽粒硬度的影响差异不显著，但父本粗山羊草和母本野生二粒小麦以及二者间的互作对籽粒硬度有显著影响，说明除Pina和Pinb外，还有其他微效基因影响籽粒硬度的形成。     

中国黄淮麦区小麦籽粒硬度Puroindoline基因等位变异检测

籽粒硬度是小麦品质性状改良的重要目标之一,研究黄淮麦区核心种质资源小麦籽粒硬度基因型分布规律,能够为中国小麦品质改良和种质资源利用提供信息。以来自中国黄淮麦区的244份小麦核心种质为材料,采用单籽粒谷物特性测试仪和特异引物的PCR扩增对其SKCS硬度及其基因型进行鉴定。结果表明,黄淮麦区小麦核心种质资源以硬质类型为主,占总参试材料的56.6%,其硬质麦基因型共有Pina-D1b、Pina-D1r、Pina-D1s、Pina-D1l、Pinb-D1b、Pinb-D1p、Pinb-D1ac、Pinb-D1e、Pinb-D1t和Pinb-D1u共10种单倍型,其分布比例分别为2.1%、5.3%、4.5%、0.8%、25.8%、15.7%、0.4%、0.4%、0.8%和0.8%。可以看出,Pinb-D1p在参试材料硬质麦中占据主导地位,PINA蛋白缺失类型也有广泛的分布。不同来源小麦品种籽粒硬度基因型分布表明,山西、河南、云南和新疆小麦品种籽粒硬度基因型较为丰富。不同类型小麦品种籽粒硬度基因型分布表明,农家种小麦籽粒硬度基因型更为丰富。在各Puroindoline变异类型中,拥有PINA-null类型的小麦品种SKCS籽粒硬度显著高于拥有Pinb-D1b和Pinb-D1p类型的小麦品种。本项研究表明黄淮麦区核心种质资源具有丰富的籽粒硬度主效基因变异类型,结合先前研究中认为的PINA-null类型的磨粉品质和面包烘烤品质均劣于Pinb-D1b类型,但拥有相对较好的印度薄饼加工品质,因此品质育种过程中可依据育种目标有选择的利用黄淮麦区小麦核心种质资源。     

小麦籽粒硬度基因型鉴定及其与吹泡仪和混合仪参数关系分析

以我国黄淮麦区35份小麦高代新品系为材料,通过测定其籽粒硬度表型、puroindoline基因型及其吹泡仪和混合仪参数,分析了籽粒硬度表型和基因型与吹泡仪和混合仪参数间的关系。结果发现,SKCS籽粒硬度与混合仪参数中的C1、C2、C3、C4值、幅度、吸水率、C3-C2值以及吹泡仪参数的P值、L值、G值和P/L值之间均极显著相关(P < 0.01)。方差分析表明,puroindoline基因对大多数吹泡仪和混合仪参数的影响极显著(P < 0.01)。其中,Pina-D1b类型小麦品系的P值、W值和P/L值均显著高于野生型和Pinb-D1b类型,但野生型小麦品系的L值、G值和Ie值则均显著高于Pinb-D1b和Pina-D1b类型。另外,2种硬质基因型(Pinb-D1b和Pina-D1b)小麦品系的C1值、C2值、C2-C1值、幅度和吸水率均显著高于野生型,而野生型小麦品系的C3值、C4值和C5值则显著高于2种硬质基因型。     

山东小麦籽粒硬度演变规律研究

利用单籽粒谷物特性测试仪和PCR扩增、酶切及DNA测序技术,结合改良的friabilin提取及电泳分析方法,对山东省431份农家品种、63份历史品种和29份当前主栽品种的籽粒硬度分布以及Pina和Pinb等位变异类型进行研究,以探讨山东小麦籽粒硬度的演变规律。农家品种、历史品种和当前主栽品种中硬质麦比例分别为75.6%、12.7%和27.6%,混合麦分别占20.4%、19.0%和13.8%,而软质麦分别占3.9%、68.3%和58.6%。农家品种中共有6种基因型,Pina-D1b/Pinb-D1a和Pina-D1a/Pinb-D1p分别占硬质麦的38%和59.6%。历史品种中有4种基因型,8份硬质麦中Pina-D1b/Pinb-D1a占37.5%,Pina-D1a/Pinb-D1b占37.5%,而Pina-D1a/Pinb-D1p只占25.0%。当前主栽品种中,8份硬质麦全部是Pina-D1a/Pinb-D1b类型。长芒透垅白等3个品种的Pinb基因的核苷酸序列发生了双突变,起始密码子下游96 bp处碱基C突变为A,而且在265 bp处发生了A碱基的缺失,将其命名为Pinb-D1aa。     

陕西历代小麦品种籽粒硬度演变规律研究

利用单籽粒谷物特性测试仪和PCR扩增方法对170余份陕西省历代和当代主要小麦品种(系)的籽粒硬度及基因Pina和Pinb等位变异进行了研究,以揭示陕西省小麦品种换代过程中籽粒硬度的演变规律。其中,历代品种(系)材料51份,硬质麦占39.22%,混合麦占60.78%;Pina-D1b等位基因类型为9.80%,Pinb-D1b等位变异类型为47.06%;当代小麦品种(系)119份,硬质麦占38.66%,混合麦占61.34%;Pina-D1b等位变异类型为17.65%,Pinb-D1b等位变异类型为39.50%;Pina基因所占比例为14.29%,Pinb基因所占比例为63.03%;陕西省历代小麦品种硬度平均数呈先降后升趋势,总体呈现逐渐上升。     

小麦籽粒淀粉与面粉的理化特性差异

面制食品的品质与籽粒淀粉理化特性关系密切, 糯质和非糯质小麦籽粒淀粉组分有明显差别。本研究比较了糯小麦(宁糯麦1号、扬糯麦1号)和非糯小麦(扬麦16、中国春)的淀粉与面粉的黏度特性、热力学特性、膨胀势、溶解度等参数, 旨在阐明小麦籽粒淀粉与面粉的理化特性差异。4个品种籽粒淀粉粒均以C型淀粉粒(粒径<2 μm)为主, 占96.14%~97.36%, 糯小麦C型淀粉粒的比例高于非糯小麦。籽粒淀粉中破损淀粉含量低于面粉中破损淀粉含量; 籽粒淀粉的膨胀势、透光度、热焓值和回生度高于面粉, 溶解度和淀粉糊化的起始温度、峰值温度、最终温度低于面粉。与非糯小麦相比, 糯小麦面粉具有较低的破损淀粉含量、黏度参数特征值和淀粉回生度, 较高的溶解度、膨胀势、透光率和热焓值。外源添加剂试验结果表明, 面粉中α-淀粉酶活性、蛋白质与脂肪含量以及食品加工过程中添加的蔗糖和氯化钠均影响面粉的糊化特性, 是造成淀粉与面粉理化特性差异的主要原因。     

Molecular characterization of <Emphasis Type="Italic">Pina</Emphasis> and <Emphasis Type="Italic">Pinb</Emphasis> allelic variations in Xinjiang landraces and commercial wheat cultivars

Grain hardness plays an important role in determining both milling performance and quality of the end-use products produced from common or bread wheat. The objective of this study was to characterize allelic variations at the Pina and Pinb loci in Xinjiang wheat germplasm for further understanding the mechanisms involved in endosperm texture formation, and the status of grain texture in Chinese bread wheat. A total of 291 wheat cultivars, including 56 landraces, and 95 introduced and 140 locally improved cultivars, grown in Xinjiang, were used for SKCS measurement and molecular characterization. Among the harvested grain samples, 185 (63.6%), 40 (13.7%), and 66 (22.7%) were classified as hard, mixed and soft, respectively. Eight different genotypes for the Pina and Pinb loci were identified, including seven previously reported genotypes, viz., Pina-D1a/Pinb-D1a, Pina-D1a/Pinb-D1b, Pina-D1b/Pinb-D1a, Pina-D1a/Pinb-D1p, Pina-D1a/Pinb-D1q, Pina-D1a/Pinb-D1aa, Pina-D1a/Pinb-D1ab, and a novel Pinb allele, Pinb-D1ac. This new allele, detected in Kashibaipi (local landrace) and Red Star (from Russia) has a double mutation at the 257th (G to A substitution) and 382nd (C to T substitution) nucleotide positions of the coding region. Pina-D1b, Pinb-D1b, and Pinb-D1p were the most common alleles in Xinjiang wheat germplasm, with frequencies of 14.3%, 38.1% and 28.6% in hard textured landraces, 25.5%, 56.9% and 11.8% in hard introduced cultivars, and 24.8%, 47.8% and 26.5% in hard locally improved cultivars, respectively. The restriction enzymes ApaI, SapI, BstXI and SfaNI were used to identify Pinb-D1ab or Pinb-D1ac, Pinb-D1b, Pinb-D1e and Pinb-Dg, respectively, by digesting PCR products of the Pinb gene. The unique grain hardness distribution in Xinjiang bread wheat, as well as the CAPs markers for identification of the Pinb alleles provided useful information for breeding wheat cultivars with optimum grain textures. Liang Wang and Genying Li—contributed equally to this work.     

Prevalence of a novel puroindoline b allele in Yunnan endemic wheats (Triticum aestivum ssp. yunnanense King)

Grain hardness is a major factor influencing the classification and end-use quality of bread wheat. In this study, 40 Yunnan endemic wheats, 21 historical cultivars and 66 current cultivars and advanced lines were investigated for kernel hardness and puroindoline alleles using molecular and biochemical markers. The frequencies of soft, mixed and hard genotypes were 10.0%, 5.0% and 85.0%, respectively, in Yunnan endemic wheats, whereas the corresponding frequencies were 47.6%, 23.8% and 28.6% in historical cultivars, and 36.3%, 6.1% and 57.6% in current cultivars and advanced lines. Four known puroindoline alleles, Pina-D1b, Pinb-D1b, Pinb-D1d and Pinb-D1e, were found in the hard wheat cultivars. Compared with endemic wheats and historical cultivars, current cultivars from Yunnan province have relatively high frequencies of Pina-D1b and Pinb-D1b alleles at 43.5% and 16.1%, respectively. All 32 hard Yunnan endemic wheats (Triticum aestivum ssp. yunnanense King) contained a new puroindoline b allele, designated Pinb-D1u, that was characterized as a single nucleotide (G) deletion at position 127 in the coding sequence of the Pinb gene, leading to a shift of the open reading frame (ORF) from position 14 in the deduced amino acid sequence and a stop codon corresponding to position Leu-18. The average SKCS hardness of genotypes with Pina-D1b (68.2) is significantly higher than those of Pinb-D1b (60.3) and Pinb-D1u (60.5). The study of puroindoline alleles in Yunnan germplasm could provide useful information for improving processing quality and further understanding the molecular basis of kernel hardness in bread wheat.     

粘果山羊草(Aegilops kotschyi)puroindoline基因的克隆与表达分析

籽粒硬度是小麦加工品质的重要影响因素.籽粒硬度生化标记Friabilin蛋白主要由Puroindoline A（PinA）和Puroindoline B（PinB）构成,它们的编码基因puroindoline a（Pina）和puroindoline b（Pinb）紧密连锁,位于Ha（hardness）位点,是控制籽粒硬度的主效基因.根据小麦Pina、Pinb的保守序列,设计合成了2对特异性引物,对粘果山羊草Aegilops kotschyi（UUSS）3个材料的基因组DNA和胚乳RNA进行Pina、Pinb基因克隆、序列测定和表达分析,发现了3个新型Pina等位基因和4个新型Pinb等位基因.新型puroindoline等位基因全长447bp,编码148个氨基酸残基,具有麦类作物puroindoline基因特有的信号肽序列和色氨酸结构域.与Pina-D1a相比较,新型Pina等位基因核苷酸同源性分别为98.7%、98.4%、97.5%,氨基酸同源性分别为96.6%、95.9%、93.9%.等位基因Pina-allele-2包含一个位于色氨酸结构域内的突变位点（Lys70Arg）.新型Pinb等位基因与Pinb-D1a相比较,其核苷酸同源性分别为93.3%、94.6%、94.6%、94.4%,氨基酸同源性分别为90.5%、93.2%、93.2%、92.6%.等位基因Pinb-allele-1含有一个紧邻色氨酸结构域的突变位点（Val66Phe）.Southern blot分析结果表明,3个材料中Pina和Pinb基因都含有2个拷贝.RT-PCR和Western blot都证实了Pina、Pinb基因在籽粒胚乳中的表达.研究结果显示山羊草中包含着与小麦差异较大的籽粒硬度控制基因,为小麦分子育种提供了丰富的的遗传资源.     

氮素营养水平对2种穗型冬小麦品种籽粒灌浆及淀粉特性的影响

在大田高产栽培条件下,研究了不同施氮水平对大穗型品种兰考矮早八和多穗型品种豫麦49-198籽粒灌浆及淀粉特性的影响。结果表明:2种穗型冬小麦品种灌浆期间籽粒干物质积累及灌浆速率均随灌浆进程推进呈增加的趋势。氮素营养水平对2种穗型冬小麦品种的籽粒灌浆及淀粉特性影响效应不同,大穗型品种兰考矮早八以N3处理(270 kg/hm2)的干物质积累量及灌浆速率最大,而多穗型品种豫麦49-198则随施氮量的增加而有下降的趋势,但各处理间差异不显著。随施氮量的增加,大穗型品种兰考矮早八淀粉粘度参数均呈增加的趋势,且以N3处理的值最大,并且各处理之间的差异均达显著水平;多穗型品种豫麦49-198的糊化参数也随施氮量的增加呈增加的趋势,峰值粘度和低谷粘度均以N2处理(180 kg/hm2)的值较高,但各处理间差异不明显。     

春小麦籽粒灌浆过程淀粉和蛋白质积累规律的初步研究

利用蛋白质含量和产量各异的３个春小麦品种，Ｒｏｂｌｉｎ、东农７７４２和新克旱９号，研究了灌浆过程中可溶性性糖、淀粉和蛋白质积累规律，结果表明：籽粒灌浆过程中可溶性糖含量由开花１４天开始逐渐减少，成熟期达最低值，品种间的差异仅表现以１４天和２０天两个时期：淀粉积累动态与可溶性糖变化规律相反，随灌浆成熟而逐渐增加，品种间差异达显著水平；蛋白质积累动态年际间稍有差异，总的趋势是随灌浆成熟而逐渐增加，开花