晋南部分小麦骨干品种HMW——GS组成分析

采用SDS-PAGE技术对晋南麦区近10年来主要推广的38份小麦骨干品种的高分子量麦谷蛋白亚基组成进行分析。同时按照Payne等的谷蛋白亚基评分标准进行品质评分。结果表明,高分子量谷蛋白变异较为丰富。晋南麦区现有小麦骨干品种的HMW-GS组成中以亚基2+12居多,亚基5+10、2*的品种数量较少。因此,在品质育种中应加强优质谷蛋白种质资源的引进和利用。     

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。     

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。     

长江中下游麦区小麦种质高分子量谷蛋白亚基组成分析

为了解长江中下游麦区小麦种质的遗传多样性,挖掘可供利用的优异高分子量谷蛋白亚基(HMW-GS),为品种品质改良提供基础材料。利用聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)方法,分析了319份小麦种质的HMW-GS组成。结果表明:Glu-A1、Glu-B1和Glu-D1位点分别具有3,7,4种不同的亚基类型。其中,亚基N、7+8和2+12在各自位点上出现的频率最高,分别达到了49.21%,54.55%,68.65%。亚基组成类型共有24种,1/7+8/2+12为出现频率最高的组合形式,频率为25.39%;其次为N/7+8/2+12、N/7+9/2+12和N/7+9/5+10,出现频率分别为17.24%,10.97%,10.34%;其他亚基组合类型出现的频率较低。同时,筛选出了一些含有2*、17+18、7+8、14+15和5+10等优质亚基类型的材料。     

半粒法综合鉴定小麦高分子量谷蛋白亚基研究

高分子量谷蛋白亚基(HMW-GS)是决定小麦食品加工品质的重要因素。为了快速而全面地鉴定小麦品种或杂交后代的高分子量谷蛋白亚基(HMW-GS),本研究以宁春4号、扬麦19号和宁春4号×扬麦19号F2分离群体种子为研究对象,采用半粒法进行综合鉴定。即先从小麦胚端1/3~1/2处切除种子胚乳提取DNA,用分子标记快速筛选出含5+10亚基的籽粒,再从这些籽粒提取的DNA残留物中提取蛋白质,采用SDS-PAGE电泳法从总体上确定其HMW-GS的组合,从中筛选出含1,17+18,5+10亚基的籽粒。结果表明,在96粒F2分离群体种子中,有31粒种子被PCR鉴定为5+10纯合亚基,再经SDS-PAGE电泳鉴定,确定有14粒含1,17+18,5+10优质亚基,其中4粒种子的亚基组合为1,17+18,5+10。与之前的研究相比,半粒法能充分利用实验样品,快速筛选到含有优质亚基组合的籽粒,有助于优质小麦育种。     

不同来源小麦种质高分子质量谷蛋白亚基多样性及其与加工品质的关系

为了明确小麦高分子质量谷蛋白亚基(HMW-GS)与加工品质的关系,以来源于国内外不同种植区的148个小麦种质为材料,研究小麦HMW-GS的多样性及其与小麦粉和馒头加工品质的关系。结果表明,参试材料在Glu-A1、Glu-B1、Glu-D1 3个位点分别检测到3,7,7种不同的亚基类型,1、7+9、 2+12亚基在各自位点上出现的频率均最高,分别为56.8%,47.3%,45.9%;亚基组合类型共有35种,其中,(1/7+9/2+12)、(1/7+8/5+10)、(N/7+9/2+12)、(1/7+9/5+10)组合出现频率较高;不同来源小麦种质的HMW-GS组成存在一定差异,国外引进种质和黄淮冬麦区种质的亚基类型较丰富,且优质亚基出现的频率较高; 1、2~*、7+8、17+18、5+10亚基对面筋强度具有明显的正向效应,2~*、17+18、2+10亚基对馒头的硬度和咀嚼性具有重要影响,携带(1/14+15/2+12)、(1/7+9/5+10)、(N/7+8/2+12)亚基组合种质馒头的加工品质较好。     

黄淮麦区小麦新品系高分子量谷蛋白亚基的组成及结构变化分析

为了解高分子量谷蛋白亚基(HMW-GS)组成对小麦品质产生的影响,利用SDS-PAGE技术对黄淮麦区221份小麦新品系的HMW-GS组成进行鉴定,对其系谱来源进行分析,并比较近10年来黄淮麦区小麦品种(系)的HMW-GS结构变化。结果表明,黄淮麦区小麦新品系的杂交亲本来源较为单一,具有周8425B和豫麦2号血统的材料高达155个,占到全部供试材料的70.1%,以郑麦9023等小偃系列和济麦20等鲁麦系列为亲本的材料分别有34,40个,占全部供试材料的15.4%和18.1%。221份供试材料中共出现13种亚基及亚基组合,其中在Glu-A1位点,亚基1出现频率最高,占供试材料的58.8%,自2008年以来,亚基1的出现频率高于Null类型;在Glu-B1位点上,共出现7种亚基变异类型,出现频率较高的亚基组合是7+9和7+8,分别占供试材料的57.5%和30.3%,自2007年以来,7+9亚基组合类型的出现频率最高,优质强筋的17+18和13+16亚基组合的出现频率相对较低;在Glu-D1位点上,强筋亚基组合5+10占供试材料的15.4%,自2007年以来,5+10和2+12亚基组合的出现频率整体呈平行的趋势。本试验还检测出普通小麦品种中很少出现的5+12亚基组合,占供试材料的9.0%。     

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。     

小麦资源胚乳蛋白Glu-1、Glu-3、Gli-1基因位点变异特点

141个普通小麦品种及农家种中，由Glu-1位点控制的高分子量谷蛋白亚基共27种图谱，最常见的图谱是（N，7+8，2+12）占22%和（N，7+9，2+12）占19.9%，Glu-A1、Glu-B1、Glu-D1位点控制的均为正效应亚基，其图谱（1，7+8，5+10），（1，14+15，5+10），（1，13+16，5+10），（1，17+18，5+10），（2*，7+8，5+10），（2*，13+16，5+10）占13.4%; 由Glu-3位点控制的低分子量谷蛋白亚基共48种以上的图谱，最常见的图谱是（a, j, c）, Glu-A3位点存在6个以上等位基因，新发现的占5.7%, Glu-B3位点存在10个以上等位基因，新发现的占2.8%, Glu-D3位点存在3个等位基因；由Gli-1位点控制的醇溶蛋白共81种以上图谱，Gli-1A1位点存在7个以上等位基因，新发现的占7.1%, Gli-B1位点存在12个以上等位基因，新发现的等位基因占3.5%, Gli-D1位点存在10个等位基因，Gli-B1位点的l为1B/1R易位系，占总数的33.6%; 由Gli-1位点控制的醇溶蛋白和由Glu-3位点控制的低分子量谷蛋白亚基基因变异远比由G1u-1位点控制的高分子量谷蛋白亚基复杂和丰富。     

基于相对迁移率的节节麦高分子量谷蛋白亚基组成分析

高分子量谷蛋白亚基(HMW-GS)是影响小麦烘烤品质的重要因素。新的HMW-GS变异类型的发现和利用,有助于优质小麦品种的培育。然而,目前HMW-GS新变异类型众多、对照标准材料多样,导致传统数字命名系统分辨率严重降低。本研究通过利用HMW-GS的条带与中国春1Dx2条带的迁移率比值作为相对迁移率来表示亚基类型,进而提高HMW-GS的分辨率,并且不需要除中国春以外的其它对照材料。在158份节节麦中,成功检测到了64种亚基类型和127种亚基组合。对这些亚基组合进行聚类分析,结果显示在遗传相似系数(GS)为0.003的水平上可将其划分为9个类群。上述结果表明,本研究采用的基于相对迁移率的亚基表示方法,能有效区分SDS-PAGE胶上距离较近的蛋白条带,可为麦类作物HMW-GS变异类型的发掘提供新的手段。     

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。     

粗山羊草全基因组Aux/IAA基因家族的分离、染色体定位及序列分析

生长素是植物生长发育过程中的关键激素之一,Aux/IAA家族基因是重要的生长素原初响应基因。通过生物信息学方法从粗山羊草(Aegilops tauschii)全基因组中分离出28个Aux/IAA基因,其中20个粗山羊草Aux/IAA蛋白具有4个保守结构域;28个Aux/IAA基因分布于全部7对染色体上,5个基因分别具有位于同一位点的已知标记。粗山羊草IAA3、IAA11和IAA26的表达具有组织特异性,分别在雌蕊、种子和根中特异表达。系统发育显示,11对粗山羊草-乌拉尔图小麦Aux/IAA蛋白、5对粗山羊草-大麦Aux/IAA蛋白直系同源。共线性分析表明,粗山羊草Aux/IAA基因与短柄草、水稻中同源基因具有很好的共线性。本研究分离的相关基因不仅可用于小麦的遗传改良,也为深入研究小麦Aux/IAA基因提供了信息。     

27个二倍体和10个四倍体小麦近缘种抗叶锈性鉴定

利用我国小麦叶锈菌5个优势致病类型的混合菌种,在田间对27个二倍体和10个四倍体小麦近缘种成株期抗病性进行了接种鉴定,发现3个粗山羊草、1个野生二粒小麦和3个硬粒小麦表现免疫,1个一粒小麦、9个粗山羊草和1个硬粒小麦表现抗病,说明目前这些材料所含抗叶锈病基因有很高的开发应用价值。选择18个有鉴别作用的小麦叶锈菌致病类型,在不同温度下进行苗期抗叶锈病基因推导,根据抗感反应模式,推定粗山羊草Y192含Lr40,Ae37和Y190含Lr41,硬粒小麦Altar 84、Doliu、Dr147和Volcani 447含Lr23和未知基因;Ae39、T96243和Y193等10个粗山羊草和野生二粒小麦不含苗期抗叶锈病基因。粗山羊草Ae39、T96243、Y193和野生二粒小麦在成株期表现免疫至抗病且严重度≤10%,说明具有成株期抗病性特点。     

不同水肥条件下二倍体、四倍体和六倍体小麦养分吸收、利用效率的研究

试验选用了3个二倍体（Triticum boeoticum，AA；Aegilops speltoides，BB和Ae. tauschii，DD）、2个四倍体（T. dicoccoides，AABB和T. dicoccum，AABB）和1个六倍体（T. aestivum，AABBDD）的小麦进化材料，在不同水肥条件下研究小麦进化中养分效率的差异及水肥条件对小麦养分利用的影响。试验表明，随小麦的进化，养分（N、P和K）吸收量和吸收效率显著增加，但是籽粒养分含量却减少。水分胁迫和低肥处理减少小麦籽粒养分含量、（整株）养分吸收量和吸收效率。小麦的生物量养分利用效率和产量养分利用效率都存在显著的种间差异，而且后者的差异更大。随小麦的进化，生物量养分利用效率和产量养分利用效率均显著增加。6个小麦进化材料的生物量氮、磷利用效率（NUTEb和PUTEb）的大小顺序相同，均为：Ae. speltoides > T. dicoccum、T. dicoccoides、Ae. tauschii、T. boeoticum > T. aestivum，而生物量钾利用效率（KUTEb）是T. aestivum、Ae. tauschii、Ae. speltoides > T. dicoccoides > T. dicoccum > T. boeoticum。Ae. tauschii的产量养分利用效率显著高于其他两个二倍体小麦（AA和BB），表明D组染色体上存在有控制高效利用养分的基因。产量氮、磷、钾利用效率（NUTEg、PUTEg、KUTEg）和收获指数（HI）的大小排序均为：T. aestivum > T. dicoccum、T. dicoccoides、Ae. tauschii > T. boeoticum、Ae. speltoides。水分与养分对生物量养分利用效率有显著影响，而对产量养分利用效率的作用却不显著，说明小麦产量养分利用效率是较为稳定的特性，主要由基因型决定。水分胁迫有利于提高小麦生物量养分利用效率，但是增加施肥量却对其有负作用。     

小麦与山羊草双二倍体抗病性的研究与利用

本文报道了波斯小麦与粗山羊草(5个品系),小伞山羊草和卵穗山羊草双二倍体及其亲本的抗叶锈和白粉病鉴定结果。粗山羊草对叶锈的抗性受波斯小麦品系 PS 5(不抗叶锈)的抑制,在双二倍体中不能表现。小伞山羊草和卵穗山羊草对叶锈的抗性不受波斯小麦的影响,能在双二倍体中充分表达。以对白粉病免疫的波斯小麦为母本与免疫的山羊     

Tan-Spot Resistance Screening of Aegilops Species

Two hundred and twelve accessions of 8 diploid and 10 polyploid species of Aegilops were evaluated for resistance to tan-spot disease of wheat, caused by Pyrenophora tritici-repentis (Died.) Drechs., under greenhouse conditions. One or more accessions of Ae. bicornis, Ae. biuncialis, Ae. Crassa, Ae. columnaris, Ae. cylindrica, Ae. speltoides, Ae. squarrosa. Ae. triaristata. Ae. triuncialis, and Ae. Ovata showed resistance following a 24-hour post-inoculation wet period. With a 36-hour wet period, diploids became only slightly or moderately susceptible and resistant polyploids became susceptible. A 48-hour wet period resulted in still greater susceptibility of both diploid and polyploid species.     

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。     

Genome-specific markers of tetraploid wheats and their putative diploid progenitor species

The objective of this study was to isolate genome‐specific markers from the genomes of tetraploid wheats and the putative donor diploid species on the basis of random amplified polymorphic DNA analysis followed by cross‐hybridization. Twenty different Triticum and Aegilops species and accessions were analysed by polymerase chain reaction (PCR) using 30 random primers. The polymorphic PCR fragments were then isolated, labelled and used in cross‐hybridization screenings. The hybridization results established that one marker was specific to the Ae. speltoides S genome, two to the A genome, one to the B genome and five to the G genomes of polyploid species (and to the genomes of the corresponding progenitor species). Four markers were identified that were specific to both the B and G genomes. Analysis of the Triticum and Aegilops species and accessions supported the notion that Ae. speltoides is more closely related to the B and G genomes of polyploid wheat species than were other members of the Sitopsis section. The data also indicated that the B and G genomes had originated from different accessions of Ae. speltoides.     

粗山羊草抗小麦白粉病基因遗传多样性的研究

粗山羊草(Ae.tauschii(Coss.)Schmal.)是普通小麦(T.aestivum L.)抗性改良的宝贵遗传资源。本研究对来自伊朗、前苏联等8个国家和地区的78份粗山羊草进行了小麦白粉病(powderymildew)混合菌种苗期接种鉴定,表现免疫或近免疫的有45份,占57.69％;用一套白粉病菌菌株(共16个)对原产地不同的11份粗山羊草分别进行苗期接种鉴定,结果表明除Y168表现感染外,其它10份材料表现出各自不同的抗性反应,只有来自伊朗的Y219、Y221、Y225和来自的苏联的Ae37能抗所有16个菌株,而没有感染的毒性菌株,说明它们可能含有新的不同于15个已知Pm基因的抗性基因。利用完全双列杂交对原产地不同的5份粗山羊草进行了苗期抗白粉病基因的遗传分析,出现3种不同的抗性基因类型,来自伊朗的3份材料表现单显性(PmA)或双显性(PmA、PmB)2种类型,而来自前苏联的2份材料表现出不同于前两种类型的另一种单显性(PmB)类型。从而为增加普通小麦抗白粉病基因的遗传多样性奠定了基础。