优质小麦品种Glu-A3位点LMW-GS基因的克隆及分子特征

【目的】揭示小麦不同品种Glu-A3位点低分子量麦谷蛋白亚基(LMW-GS)基因的分子特征,寻找在小麦品质改良方面有潜在应用价值的优质候选基因。【方法】选用小麦Glu-A3位点LMW-GS基因特异引物,以中国优质小麦品种小偃6号、陕优225,澳大利亚面包小麦Suneca、Cook以及遗传背景已揭示清楚的中国春小麦为材料,通过基因组特异PCR方法克隆其Glu-A3位点LMW-GS基因,并进行了分子特征比较。【结果】获得了5个Glu-A3位点LMW-GS基因,分别命名为：CookGlu-A3（登录号为EU871816）、XYGlu-A3（FJ876820）、SYGlu-A3（FJ876819）、SunecaGlu-A3（FJ876822）和CSGlu-A3（FJ876821）,这5个基因均有完整的ORF、上游197 bp的启动子区和终止密码子下游51 bp序列,推导蛋白均属于LMW-i型亚基,其差别在于不同序列之间存在着一些SNP位点和插入/缺失片段。其中,CookGlu-A3推导蛋白含7个Cys残基,在C端区缺失了包含第7个保守Cys残基在内的38个氨基酸片段。基于51个染色体位点已知的LMW-GS基因编码区序列比对结果构建的系统发生树,将这些序列分为3大类：所有Glu-A3位点LMW-GS基因编码序列单独聚为第Ⅰ类;部分Glu-D3位点基因被聚在第Ⅱ类;剩余Glu-D3位点基因和全部Glu-B3位点基因被聚在第Ⅲ类,而在第Ⅲ类中这2个位点的LMW-GS基因又各自聚为2个不同的亚类,即Ⅲ-1和Ⅲ-2。【结论】从小麦品种Cook中克隆的CookGlu-A3是编码含7个Cys残基的LMW-i型亚基基因,可能是一个新的LMW-GS基因类型;不同染色体位点的LMW-GS基因在其编码区存在特异性;Glu-A3位点LMW-GS基因与Glu-B3或Glu-D3位点LMW-GS基因编码区序列差异较大。     

东北春麦区小麦品种(系)低分子量麦谷蛋白基因Glu-A3d和Glu-B3g的分子检测

Glu-A3位点的Glu-A3d基因和Glu-B3位点的Glu-B3g基因是优质低分子量麦谷蛋白亚基(LMWGS)。为明确2个优质基因在东北春麦区小麦品种(系)中的分布情况,从而为强筋小麦育种和品质改良提供有用信息,利用Glu-A3d和Glu-B3g基因特异性STS标记检测了127份小麦品种(系)。结果表明:2个品种携带Glu-A3d基因,62个品种(系)携带优质基因Glu-B3g基因,占48.8%。     

编码Glu-A3位点低分子量麦谷蛋白亚基的基因在山东小麦中的分布

低分子量麦谷蛋白亚基（LMW-GS）赋予面团延展性，对小麦加工品质有重要影响。本试验以545份山东小麦为材料，采用特异引物PCR技术对其Clu-A3位点低分子量麦谷蛋白的7个亚基基因进行了鉴定和分析。结果表明：地方品种中，g亚基的含量最丰富，达到52.3％，历史品种中，c、d亚基的含量较丰富，分别为47.0％和25.2％，与地方品种相比，历史品种中a、c、d亚基所占比例的提升幅度较大，而g亚基的比例则大幅减低。     

小麦PPO基因等位变异及面粉白度特性分析

利用分子标记PPO18和STS01对173份供试小麦品种Ppo 2A和Ppo 2D位点的等位基因变异进行分子检测,并根据品种间不同PPO等位基因组合类型将供试小麦品种进行分类,同时对多酚氧化酶PPO活性进行生化测定及面粉白度测定分析。结果表明,173份小麦品种共检测出Ppo A1b/Ppo D1a、Ppo A1b/Ppo D1b、Ppo A1a/Ppo D1a和 Ppo A1a/Ppo D1b 4种等位基因组合类型,且各基因组合类型出现的频率分别为38.7%、13.9%、35.8%和11.6%;供试小麦品种不同位点PPO等位基因出现的频率差异较大,2A位点等位基因Ppo A1a、Ppo A1b出现频率相近,而2D位点等位基因Ppo D1a出现频率是Ppo D1b的3倍;所测定的173份小麦品种PPO活性均值为117.3A₄₇₅/(min·mg) ,其中低PPO品种所占比例较高;4种基因组合类型PPO活性顺序为Ppo A1a/Ppo D1b>Ppo A1a/Ppo D1a>Ppo A1b/Ppo D1b>Ppo A1b/Ppo D1a ,且彼此间差异均达到显著水平(P<0.05);供试小麦的面粉白度均值为73.0%,达到国家面粉白度等级一级标准的品种38份,占供试小麦总数的22.0%;其中基因组合为Ppo A1a/Ppo D1b的品种面粉白度显著低于其他3种基因组合。总体来看,供试的小麦品种间面粉白度及籽粒PPO活性变异范围较广,面粉白度与PPO活性呈显著负相关,且控制PPO的主效基因的等位变异对PPO活性及面粉白度均有显著影响。对供试小麦品种的面粉白度、PPO活性表现及PPO等位基因组合类型进行综合考察,筛选出23份具有高白度低PPO活性的小麦品种,可以作为高白度低PPO活性小麦育种的亲本材料。     

河南省小麦新品种(系)籽粒硬度等位变异检测

为了解河南省最新培育的小麦品种(系)的籽粒硬度概况和Puroindoline等位变异类型及其分布,以参加河南省小麦预试及区域试验的145份小麦新品种(系)为材料,采用单籽粒谷物特性测定仪(SKCS)、分子标记技术、限制性内切酶技术以及DNA测序技术,对其SKCS硬度表型及Puroindo1ine的不同等位变异类型进行了测试和鉴定。结果表明,参试材料中硬质麦比例较高,为64.1%,而混合型和软质麦比例较低,分别为18.9%和20.0%,SKCS硬度指数范围较宽,为13.0～75.9。在硬质麦的Puroindo1ine基因型检测中,共检测到Pina-D1b、Pinb-D1b和Pinb-D1p3种类型,其中Pinb-D1b所占比例最高,占87.1%,而Pina-D1b和Pinb-D1p则分别为4.3%和8.6%。不同Puroindoline基因型的籽粒硬度也存在差异,其中Pina-D1b突变型的硬度值最高,为72.3,Pinb-D1a(野生型)最低,为62.3,并且Pina-D1b与Pinb-D1b2种硬质类型的籽粒硬度呈显著性差异,而Pina-D1b与Pinb-D1p的籽粒硬度无显著性差异。     

小麦微核心种质Glu-A3位点等位基因的鉴定及其与品质关系的研究

低分子量麦谷蛋白亚基约占小麦谷蛋白的80%,对小麦品质影响很大,为明确各亚基与品质的关系,促进小麦育种工作,采用PCR方法检测190个中国小麦微核心种质Glu-A3位点等位基因。结果表明:共检测到Glu-A3a~Glu-A3g 7种基因类型,且以等位亚基c为主。SDS沉降值测定显示,c亚基对品质作用较小,但所占比例最大。由此可见,我国小麦种质资源以劣质亚基为主,引进优质亚基可成为我国小麦品质改良的重要途径。     

强筋小麦龙麦26Glu-A3d基因遗传效应初步研究

龙麦26是东北春麦区强筋小麦育种的核心亲本,为进一步提高该品种品质潜力,拓宽其遗传基础,利用分子标记和6次选择性回交相结合的手段,将Glu-A3位点最优基因Glu-A3d导入龙麦26遗传背景之中,利用BC₅F₁、BC₆F₁群体和龙麦26的Glu-A3位点近等基因系为试材进行Glu-A3d基因遗传效应评价。结果表明,在强筋小麦品种龙麦26遗传背景下,导入Glu-A3d基因使籽粒蛋白、干面筋、面筋指数、吸水率、形成时间和稳定时间等指标3年平均分别提高0.07%、-2.13%、10.73%、0.13%、1.57%和4.97%。Zeleny沉降值和粉质仪的断裂时间2年平均分别提高3.05%和12.65%。以上结果表明,导入Glu-A3d基因使龙麦26品质性状均有不同程度提高。     

Pina新等位变异Pina-D1o的分离及分析

Puroindoline基因(Pina和Pinb)是控制小麦籽粒硬度的主效基因,决定小麦加工品质,分离该基因的新等位变异有利于小麦籽粒硬度性状的改良。采用同源克隆方法从节节麦(Aegilops tauschii,DD PI603224)中分离到一个Pina新等位变异Pina-D1o。生物信息学分析表明,该基因编码区全长447bp,编码148个氨基酸残基,具有小麦族作物PinA蛋白所特有的WRWWKWWK色氨酸结构域和10个半胱氨酸所形成的5个二硫键结构。根据核苷酸序列构建的拓扑树,Pina-D1o与Pina-D1m、Pina-D1n相同,均由功能性等位变异Pina-D1a发生单基因突变而来,因而Pina-D1o有可能来源于Pina-D1a。可见,新等位变异类型PinaD1o的发现可以为小麦的籽粒硬度改良提供基因资源。     

红麻线粒体基因NAD3和COB的RNA编辑与表达分析

以红麻细胞质线粒体近等基因系UG93A(不育系)、UG93B(保持系)及UG93A×福红992(恢复系)的F1代为材料,研究花药线粒体基因NAD3和COB的转录与表达。结果发现,在3种供试材料中,基因NAD3的CDS区在DNA水平和RNA编辑水平上均无差异;不育系与保持系的COB基因DNA编码序列无差异,但在RNA水平上发生了编辑,8个位点的编辑均发生于密码子的第一或第二位碱基,且导致氨基酸种类变化,主要为亲水性氨基酸转变为疏水性氨基酸;COB基因在UG93A中的RNA编辑频率低于UG93B;NAD3和COB基因在3种材料中的转录本大小基本相同,但在表达水平上表现为不育系显著低于保持系和F1代。由此推测NAD3和COB基因在红麻花药发育过程中有着重要的作用。     

TmFAD2和BnFAD3双基因载体的构建及转化株脂肪酸分析

必需脂肪酸亚油酸(18∶2)和亚麻酸(18∶3)在植物中的合成过程一直备受研究者的关注。本研究利用旱金莲中合成亚油酸的油酸脱饱和酶基因TmFAD2及甘蓝型油菜中合成亚麻酸的亚油酸脱饱和酶基因BnFAD3,在pRD400骨架载体的基础上,构建同时表达TmFAD2和BnFAD3的串联双价载体pSFF。通过农杆菌介导的花序浸蘸法完成pSFF对拟南芥哥伦比亚野生型的转化,观察发现转基因植株的第1对真叶有不同程度的畸形。按照畸形程度将其划分为4个等级,气相色谱分析4个等级叶片及其后代种子中脂肪酸的组成及含量,发现随着畸形程度的增高,叶片和种子中亚麻酸C18∶3含量都呈现降低的趋势。     

龙麦19 Gli-A1/Glu-A3位点近等基因系低分子麦谷蛋白亚基(LGW-GS)鉴定

为了鉴定小麦品种龙麦19(L-19,2*,7+9,2+12)和一对L-19的Gli-A1位点醇溶蛋白近等基因系L-19-626(2*,7+9,5+10)与L-19-613(2*,7+9,5+10)中与Gli-A1位点紧密连锁的Glu-A3位点低分子麦谷蛋白亚基(LMW-GS),利用一套Glu-A3位点特异低分子麦谷蛋白亚基STS标记对L-19、L-19-613、L-19-626及L-19/L-19-626的F2个体进行PCR扩增。结果表明:在具有醇溶蛋白Gli-A1m的个体中(L-19-626类型),Glu-A3e反应均为阳性,在不具有醇溶蛋白Gli-A1m的个体中(L-19和L-19-613类型),Glu-A3c反应均为阳性。说明编码L-19-626醇溶蛋白的Gli-A1 m基因与编码LMW-GS的Glu-A3e基因紧密连锁,编码L-19和L-19-613的Gli-A1位点醇溶蛋白基因(未命名)与编码LMW-GS的Glu-A3c基因紧密连锁。因此,L-19-626与L-19-613近等基因系品质间的差别很可能是由其LMW-GS Glu-A3e与Glu-A3c基因间的差异引起的。     

小麦TaSIM基因结构及表达分析

根据小麦TaSIM基因的cDNA序列设计引物,采用PCR技术从小麦中克隆TaSIM基因的DNA序列,采用半定量RT-PCR方法研究TaSIM基因在不同组织中的表达。结果表明:TaSIM编码区DNA序列长度为2 355bp,包含2个外显子和1个内含子。分析发现内含子富含AT,在内含子中发现2个MYB转录因子结合位点。半定量RT-PCR检测表明,TaSIM基因在不同组织中均有表达,在雄蕊中的表达量最高。TaSIM表达量依次为雄蕊>雌蕊>根>茎>叶。     

结球甘蓝类钙调蛋白基因 CML48和 CML50在不同胁迫下的表达分析

为探究结球甘蓝类钙调蛋白（CMLs）响应不同胁迫时的功能,丰富CMLs参与钙信号网络调控,为CMLs参与植物逆境途径及其功能的研究提供依据。以结球甘蓝ZG为材料,克隆得到 CML48和 CML50基因,序列分析表明 CML48开放阅读框（ORF）为672 bp,含4个内含子,编码223 aa,分子量为25.28 ku; CML50开放阅读框ORF为1 095 bp,编码364 aa,分子量为38.06 ku,含3个内含子;均为亲水蛋白,均含有2个EF-hand结构域;系统发育树表明 CML48和 CML50均与甘蓝处于同一进化枝,与白菜、油菜的亲缘关系最近。qPCR表明 CML48和 CML50在干旱(PEG6000)、盐胁迫(NaCl)、低温(4 ℃)、高温(37 ℃)、H₂O₂、脱落酸（ABA）、水杨酸（SA）和茉莉酸甲酯（MeJA）等不同胁迫处理下,在叶和根中的表达均有上调,且 CML50的表达量均显著高于 CML48, CML48在茎尖中高度响应高温胁迫,而在根中不响应高温和H₂O₂胁迫。初步说明 CML48和 CML50在根和叶中均可响应上述8种非生物胁迫。     

小麦RPD3/HDA1基因家族的全基因组鉴定及其对热胁迫的响应

RPD3/HDA1是组蛋白去乙酰化酶(histone deacetylase,HDACs)家族中最大的亚族,已知的HDAC家族基因在拟南芥、水稻等植物的生长发育和非生物胁迫方面都发挥着重要作用,但小麦中对HDACs的研究却较少。为探究小麦中 RPD3/HDA1家族基因对热胁迫的响应,本试验利用生物信息学方法,从小麦全基因组中鉴定出36个小麦 RPD3/HDA1基因,并对其基因结构、进化关系、顺式作用元件和热胁迫下的表达模式进行分析。结果表明:除3A和4A外,其余小麦染色体均含有该家族基因,其基因结构中外显子和内含子的数目差异明显。该小麦家族基因在不同组织和不同逆境胁迫中存在差异表达, TaHDAC-Ⅱ-3a、 TaHDAC-Ⅱ-3b和 TaHDAC-Ⅱ-3d在叶片中的表达量明显高于其他组织, TaHDAC-Ⅰ-2d、 TaHDAC-Ⅰ-2a和 TaHDAC-Ⅰ-2b在热胁迫后表达量有明显上调。进一步研究发现,不同基因在同一生育时期的热胁迫下响应不同,同一基因在不同生育时期对热胁迫的响应也不同,并且相对于35℃而言,多数基因对42℃胁迫响应更显著。这些结果对寻找小麦 RPD3/HDA1家族候选耐热基因具有重要的参考价值。     

NELL1和FMO3基因mRNA在绵羊肝脏与脂肪组织中的表达

旨在探究不同营养水平及不同生长阶段脂尾型绵羊NELL1和FMO3基因mRNA的组织特异性表达模式。选择健康、体质量相近的9月龄滩羊、同羊、哈萨克羊和西藏羊(羯羊)各3只,活体采集尾部脂肪样品。选择健康4月龄滩羊112只随机分为4组,公母各半,每组4个重复,每个重复7只羊。根据体质量增加目标分为3个阶段:22~28kg,28~35kg,35~40kg,每个阶段各组分别饲喂不同营养水平的日粮。每个生长阶段结束时采集肝脏、肾周脂肪、尾脂、皮下脂肪的组织样品,提取样品总RNA,采用实时荧光定量PCR的方法分析NELL1和FMO3 mRNA的表达差异。结果表明,FMO3 mRNA在哈萨克羊尾脂中的表达量最高,在同羊、滩羊、西藏羊尾脂中依次下降,且差异显著;NELL1 mRNA在西藏羊尾脂中的表达量最高,在滩羊、同羊、哈萨克羊中的表达量依次下降;营养水平和月龄对尾脂和肝脏中NELL1和FMO3 mRNA的表达水平有显著影响,而对皮下脂肪和肾周脂肪中NELL1和FMO3 mRNA的表达影响不显著。表明FMO3mRNA的表达水平与脂肪沉积呈正相关,而NELL1 mRNA的表达水平与脂肪沉积呈负相关;NELL1与FMO3对绵羊尾脂和肝脏中的脂肪沉积起调控作用,为进一步揭示脂尾型绵羊体内脂肪沉积的调控机制提供理论基础。     

小麦再生相关基因TaDCC1-2B的克隆与功能验证

硫氧还蛋白DCC1在拟南芥中依赖氧化还原修饰通过调节活性氧(ROS)的稳态来调控植物的再生。为深入了解小麦中该基因的序列特征及功能,从普通小麦‘中国春’中克隆获得一个小麦硫氧还蛋白基因 TaDCC1-2B,其CDS长度为645 bp,编码214个氨基酸。生物信息学分析表明,该基因编码的蛋白分子质量为23.59 ku,理论等电点为8.94,亲水性总平均值为-0.409,推测为亲水性蛋白。系统进化分析表明该基因在不同物种间具有较强的保守性,启动子区域含有与分生组织形成和赤霉素响应相关的的顺式作用元件。利用农杆菌介导法将 TaDCC1-2B基因转入拟南芥硫氧还蛋白突变体dcc1中,转基因植株根尖诱导的再生芽的再生率接近于野生型,其体内 TaDCC1-2B和WUS基因的表达水平也显著高于突变体,表明转基因株系中 TaDCC1-2B基因的过量表达维持了愈伤组织中内源ROS水平的稳定,使得WUS基因得以正常表达,从而维持了拟南芥愈伤组织的再生能力,推测 TaDCC1-2B基因可能在小麦组织培养过程中也将发挥相似作用。