小麦puroindoline及其相关基因分子遗传基础研究进展

籽粒硬度是重要的小麦品质性状之一,对小麦的磨粉品质和加工品质有重要影响。控制籽粒硬度的主效基因puroindoline位于5D染色体的短臂上,可分为Pina和Pinb2种类型。Pina和Pinb紧密连锁,编码区均为447个碱基,没有内含子,共同形成小麦籽粒硬度的分子遗传基础。目前,普通小麦和山羊草中均已发现多种puroindoline变异类型,其中引起小麦籽粒硬度大幅度升高的Pina-D1b类型的分子机制为从编码区第23个碱基开始缺失15380个碱基。Puroindoline除了对小麦籽粒硬度有重要影响之外,对其它品质性状也有重要影响,不同puroindoline变异类型之间小麦品质具有一定差异。另外,与puroindoline紧密连锁的Gsp-1基因变异类型更为丰富,但对籽粒硬度没有明显的调节作用。最近发现的与puroindolineb高度同源的基因Pinb-2v具有4种类型,分别位于小麦7A、7B和7D染色体上,可能对籽粒硬度具有微效的调节作用。本文通过对puroindoline的分子特征和突变类型以及相关功能进行分析和总结,旨在为中国小麦品质的基因工程改良提供参考。     

小麦籽粒硬度及其分子遗传基础研究回顾与展望

 籽粒硬度是最重要的小麦品质性状之一，是市场分级和定价的重要依据。随着硬度测试方法的日趋完善，其分子遗传基础的研究逐步加快。硬度主要受位于5D染色体短臂上一个主效基因和多个微效基因控制，Pina和Pinb是形成小麦籽粒硬度的基础。PINA蛋白的缺失或编码PINB蛋白的基因突变均造成小麦胚乳质地变硬。中国目前该项研究较少，与国外相比仍有很大差距，本文着重阐述了小麦胚乳结构及硬度的生化和遗传基础，旨在为我国小麦籽粒硬度的研究提供理论依据。     

小麦籽粒硬度及其对面粉加工品质影响的研究进展

籽粒硬度是重要的小麦品质性状之一,也是小麦品质遗传改良的重要目标性状。本文着重阐述了小麦籽粒硬度的形成机理、测定方法、遗传与分子机理、基因型与品质的关系及其对小麦加工品质的影响,并提出了进一步开展软质小麦品种培育的设想及思路。     

新疆部分小麦材料籽粒硬度基因等位变异的分子鉴定及其分布

[目的]明确小麦籽粒硬度基因Puroindoline基因的等位变异组成与分布,比较新疆当地小麦材料与外引小麦材料硬度基因之间的差别,为改良新疆小麦品种奠定基础.[方法]用Pina-D1b、Pinb-D1b和候补基因非Pinb-D1b等位基因的分子标记,对新疆种植小麦材料的籽粒硬度基因PINA和PINB的分布情况进行分子鉴定.[结果]在鉴定的263份材料中,含Pina-D1b基因的为19.77;,含Pinb-D1b的为29.28;,含互补基因非Pinb-D1b为70.72;;Pina-D1b与Pinb-D1b基因类型在冬春小麦材料中分布不尽相同,Pi-na-D1b突变基因类型中,春小麦与冬小麦分别为52.68;与1.76;;在Pinb-D1b突变基因类型中,为12.9;与38.23;;Pina-D1b突变基因在新疆当地材料、其他国内材料和国外材料中的频率分别为28.57;、1.89;和33.96;,而Pinb-D1b基因类型的分布,不同来源材料出现的频率差异不明显.[结论]新疆小麦材料中含有突变类型Pina-D1b基因与Pinb-D1b基因的分布.Pina-D1b、Pinb-D1b和候补基因非Pinb-D1b基因标记引物,可作为小麦籽粒硬度基因鉴定的有效工具,提高小麦品质的选择效率.     

小麦淀粉与品质的关系

文章从淀粉粒结构、籽粒硬度、淀粉的遗传规律、Wx基因作用及氮、磷肥对淀粉的调节效应等几方面对小麦淀粉与品质的关系加以综述。     

小麦PIN基因家族的鉴定及表达分析

【目的】PIN(puroindoline)是植物所特有的一类蛋白家族,对控制小麦籽粒硬度有重要功能。分析小麦PIN家族成员在全基因组的分布、结构及进化,研究其在不同组织的表达特异性以及在不同硬度种子的表达模式,为阐明小麦PIN基因家族的生物学功能奠定基础。【方法】根据已报道的小麦PIN基因和大麦HIN基因,利用BLASTP和HMM方法,在最新发布的小麦中国春参考序列中鉴定小麦PIN基因家族成员。利用UniProt、URGI、PFAM、CDD、expVIP等数据库,采用Clustal X、MEGA 7.0、ExPASy、MEME、GSDS、TB tools、GraphPad Prism5等软件进行生物信息学分析。采用qRT-PCR方法检测TaPIN基因家族在不同籽粒硬度小麦样品中的表达情况。【结果】共鉴定出19个小麦PIN基因,集中成簇分布于第1、5和7染色体同源群,编码148—327个氨基酸,编码蛋白相对分子量为16.39—37.19 kD,等电点为6.35—9.34。通过结构域和系统发育分析,可将19个TaPIN基因分为A和B两大类。大部分TaPINs基因仅有1个外显子,没有内含子,顺式作用元件分析发现其上游序列包含大量抗逆和种子发育相关的调控元件。转录组分析表明该基因家族在小麦籽粒中相对表达量很高,而在根茎叶等其他组织几乎不表达。实时荧光定量PCR表明,各基因间相对表达量差异显著,TaPIN9和TaPIN10表达量较高。随着小麦籽粒硬度降低,TaPIN9和TaPIN10表达上调,且表达比例增加,而TaPIN16和TaPIN6则呈现相反的趋势。【结论】小麦籽粒硬度的调节以Pina和Pinb为主,该基因家族其他成员也具有相同结构域,推测也具有相似功能,但受表达量低的限制,对籽粒硬度影响较小。从该基因的进化关系看,粗山羊草与小麦亲缘关系最近,其次是燕麦、黑麦和大麦。     

普通小麦籽粒硬度与胚乳组成及显微结构的关系

[目的]研究普通小麦籽粒硬度与胚乳组成及显微结构的关系,进一步理解籽粒硬度的形成机理.[方法]利用由硬质小麦郑麦9405×软质小麦扬麦13构建的149个F6:7家系的RIL群体及2组软、硬质NIL群体,分析籽粒硬度与角质率、千粒重、胚乳蛋白质含量、总淀粉含量、直链淀粉含量及高、低分子量麦谷蛋白亚基组成之间的关系,并利用扫描电镜观察软、硬质近等基因系籽粒横切面显微结构.[结果]RIL群体中胁基因型为野生型(paina-Dla/Piab-Bla)的家系均为软质胚乳,而缺失Plan(Pina-D1b)基因型的所有家系均为硬质胚乳;软质家系的籽粒硬度值在郑州点和南京点的变异系数均高于硬质家系,软质家系的胚乳质地比硬质家系易受环境影响.RIL群体中的软质家系与硬质家系籽粒硬度值与角质率均极显著相关,而南京点的相关系数低于郑州点;籽粒硬度值与蛋白质含量、总淀粉含量、直链淀粉含量及千粒重相关不显著;具有高分子量麦谷蛋白14+15亚基家系和7+8亚基家系的籽粒硬度值差异不显著,而具有低分子量麦谷蛋白Glu-A3b亚基家系的籽粒硬度值显著高于Glu-A3c亚基家系.利用扫描电镜观察结果显示,软、硬质近等基因系籽粒糊粉层细胞无显著差异,而胚乳显微结构差异明显,软质近等基因系籽粒胚乳蛋白质基质与淀粉粒表面呈分离状态,而硬质近等基因系籽粒胚乳蛋白质基质与淀粉粒紧密结合.近等基因系软质家系和硬质家系的角质率差异显著,但二者在粒径、千粒重、蛋白质含量、总淀粉含量及直链淀粉含量上差异不显著.[结论]籽粒硬度值是胚乳蛋白质基质与淀粉粒结合程度的反映,其大小并不影响胚乳密度及籽粒形态,一定范围内胚乳总蛋白含量、总淀粉含量及直链淀粉含量均不影响硬度,而胚乳蛋白亚基组成对籽粒硬度值有一定的影响.     

利用小麦重组自交系群体进行籽粒性状与种子活力相关关系研究

利用1个小麦重组自交系群体,对小麦籽粒性状与种子活力的相关关系进行了探索研究。结果表明:小麦种子活力与多数籽粒性状呈正相关,仅与籽粒硬度呈负相关;进一步通过通径分析得知,粒宽、籽粒硬度、千粒重、容重对种子活力影响较大。系统分析后显示:依照低硬度→宽粒、高粒重→容重的顺序可选择出具有较高种子活力的小麦品系,可为育种选择提供参考。     

利用小麦重组自交系群体进行籽粒性状与种子活力相关关系研究

利用1个小麦重组自交系群体,对小麦籽粒性状与种子活力的相关关系进行了探索研究。结果表明：小麦种子活力与多数籽粒性状呈正相关,仅与籽粒硬度呈负相关;进一步通过通径分析得知,粒宽、籽粒硬度、千粒重、容重对种子活力影响较大。系统分析后显示：依照低硬度一宽粒、高粒重一容重的顺序可选择出具有较高种子活力的小麦品系,可为育种选择提供参考。     

小麦籽粒硬度QTL的分析

小麦籽粒硬度是小麦分类和定级的重要标准，会影响小麦面粉的最终用途。为了对小麦籽粒硬度的分子设计育种提供支撑，采用CI12633和扬麦158配制的重组自交系群体，进行连续3年种植和籽粒硬度分析，结合该群体遗传连锁图，对影响小麦籽粒硬度的数量性状座位(QTL)进行分子定位。结果表明，小麦3D、5B、6A、6D和7A染色体上均存在影响小麦籽粒硬度的QTL,单个QTL可以解释11.3%～25.1%的表型变异；其中6A和6D染色体上的QTL由亲本CI12633贡献，3D、5B和7A染色体上的QTL则来自亲本扬麦158;3D、6A、6D和7A染色体为新发现的QTL。这些QTLs可为长江中下游麦区的软质弱筋小麦和硬质中强筋小麦的培育提供参考。     

小麦ZY96-3籽粒灌浆过程中籽粒发育相关基因的表达分析

【目的】 研究小麦ZY96-3籽粒在灌浆过程中与籽粒发育相关基因的表达模式,为了解基因调控籽粒灌浆的分子机制提供参考。【方法】 采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术,分析小麦ZY96-3籽粒灌浆期间6个与籽粒发育相关基因的表达动态。【结果】 从小麦ZY96-3开花后6个目标基因的表达模式均是先增后降,且都在花后7 d开始表达;与粒重相关基因TaTGW6在花后7 d表达量最高,与籽粒大小相关基因TaCYP78A5、蛋白质合成基因TaPBF-D和淀粉合成酶基因GBSSⅠ、SBE1、AGPase1都在花后15 d左右表达量达到最大;自花后19 d开始,各基因的表达量均显著下降。【结论】 与粒重相关基因TaTGW6主要在小麦ZY96-3籽粒灌浆初期起关键作用,而其余5个基因主要在籽粒灌浆中后期发挥功能。基因在小麦ZY96-3籽粒灌浆期间的表达模式。     

籽粒硬度puroindoline基因在混合麦中变异类型的分子检测

为了解混合麦中puroindoline基因的变异类型,利用18份混合麦对puroindoline基因进行了分子检测。结果表明：供试材料puroinddine基因类型均为野生型（Rina-Dla／Pinb—Dla）。推测混合麦的形成可能是其它微效基因或者是某些生理指标的影响造成的,对控制籽粒硬度微效基因的QTL分析和某些生理指标的测定,有助于混合麦籽粒硬度形成机制的探索。     

小麦粒重形成的分子调控机制研究综述

粒重是小麦Triticum aestivum产量构成的三大要素之一,是由多基因控制的数量性状,极易受环境因素的影响。国内外学者围绕粒重形成的遗传特征和分子调控机制进行了大量研究,也取得了一些研究进展。如何高效地利用前人的研究成果进行不断创新以提高小麦单产是育种工作者重要的研究课题。围绕小麦粒重形成的构成要素、遗传特征、QTLs（quantitative trait loci,QTLs）遗传定位、籽粒质量形成候选基因的克隆与分子调控机制解析等方面的最新研究展开综述;同时总结了以往研究过程中存在的问题,并结合自身研究对研究前景进行分析后指出:为了从分子水平上全面阐明小麦粒重形成的调控机制,后续研究首先应在小麦粒重形成的关键时期对籽粒激素的变化特征进行全面分析;其次要利用全基因组关联分析和高通量测序技术进一步开发与性状密切相关联的SNP标记（single nucleotide polymorphism,SNP）;最后结合作图群体进行表型与SNP分析技术为基础的基因型关联性分析,对粒重形成候选主效基因进行精细定位、图位克隆和功能解析。表1参52     

籽粒硬度Pinb基因反义表达载体构建及遗传转化

籽粒硬度是小麦品质改良的重要目标性状.利用含有Ubi启动子、Bar表达盒的基础质粒pAHC25,构建了含有Pinb基因的植物反义表达载体pAHantipB,其中pAHantipB载有小麦籽粒硬度Pinb基因的反向序列,可用于小麦遗传转化,利用花粉管通道法将其转入软质小麦品种京411,获得1株转基因植株,T1代转基因植株抗性筛选及PCR12检测结果表明,转化率为0.17%.基因组DNA斑点杂交证实了外源基因在受体小麦基因组中的整合.     

小麦高分子量麦谷蛋白亚基及其遗传学研究进展

高分子量麦谷蛋白亚基是麦谷蛋白的重要组分,对小麦籽粒品质有重要作用。高分子量麦谷蛋白亚基的结构、组成类型、遗传等与品质密切相关。广泛深入分析和研究小麦高分子量麦谷蛋白亚基的结构特点、遗传特性及其作用机制对于小麦品质改良有重大意义。本文从高分子量麦谷蛋白亚基分离鉴定、分子构象、基因定位、遗传表现、新技术应用等方面,综述了HMW-GS及其遗传学研究进展。     

普通小麦硬度与主要性状的相关性

<正>籽粒硬度是国内外小麦市场分级和定价的重要依据,它严重影响润麦加水量、出粉率、破损淀粉粒数量和面粉颗粒度大小,并最终决定磨粉品质和食品加工品质,是小麦品质性状中最为重要的指标之一。本试验对100份小麦品种进行试验,采用单粒谷物硬度仪(SKCS)测定小麦籽粒硬度,通过小麦籽粒硬度与主要农艺性状的相关性测验,为小麦籽粒硬度的改良和品质育种提供依据。     

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。     

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。     

小麦淀粉、蛋白质特性与面条品质关系的研究进展

面条是我国主要的面制品之一,了解小麦籽粒淀粉、蛋白质特性与面条品质关系,以期对面条小麦品质的研究及新品种的选育提供科学的参考.综述了小麦籽粒淀粉、蛋白质特性对面条品质的影响及国内外研究现状,主要包括以下几个方面:面条种类、小麦淀粉、α-淀粉酶、小麦籽粒蛋白质和小麦籽粒硬度对面条品质的影响以及生物技术在面条品质改良中的应用.     

小麦籽粒硬度的遗传分析

为提高黄淮麦区小麦品质育种中对籽粒硬度的选择效率,以7个籽粒硬度有差异的半冬性小麦品种及按7×7不完全双列杂交设计配制的21个F_1杂交组合在2个环境条件下的试验资料,研究了籽粒硬度的遗传。结果表明,基因型、地点以及基因型与地点间互作均达极显著水平。籽粒硬度的一般配合力和特殊配合力均方也达到极显著水平。济麦22籽粒硬度的一般配合力在2个试验点均表现最高,可作为改良籽粒硬度的优异亲本。杂交组合徐麦25×淮麦33和淮麦33×济麦22在2个试验点的特殊配合力表现较好。籽粒硬度的遗传符合加性-显性模型,基因作用方式以加性效应为主,显性程度为部分显性。籽粒硬度可能受1对主效基因控制,狭义遗传力较高,早代(F_2~F_3)选择有效。