小麦地方品种半截芒Glu-B1位点HMW-GS基因的克隆及序列分析

高分子量谷蛋白亚基(HMW-GS)与小麦的品质特性紧密相关,挖掘小麦中HMW-GS新基因,对小麦品质改良具有重要意义。以小麦地方品种半截芒为材料,利用十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDSPAGE)分析其HMW-GS组成,并设计特异性引物,利用PCR技术克隆其Glu-B1位点x型和y型亚基基因。序列分析表明,2个基因具有完整编码框,长度分别为2 367bp和2 106bp(GenBank登录号分别为KJ579439和KJ579440),编码789个氨基酸和702个氨基酸的蛋白,被命名为1Bx14*和1By15*。同源性搜索结果显示2条氨基酸序列与典型的HMW-GS有较高的同源性,且与普通小麦亚基1Bx14和1By15的同源性均为95%。系统进化树分析表明,1Bx14*和1By15*分别与1Bx14和1By15的遗传距离较近,聚类到同一分支上。     

Isolation and Sequence Analysis of HMW Glutenin Subunit 1Dy10.1 Ecoding Gene from Xinjiang Wheat (Triticum petropavlovskyi Udacz.et Migusch)

A novel HMW glutenin subunit gene 1Dy10.1 was isolated and characterized from Xinjiang wheat (Triticum petropavlovskyi. Udacz. et Migusch) accession Daomai 2. The complete open reading frame (ORF) of 1Dy10.1 was 1965 bp, encoding 655 amino acids. The numbers and distribution of cysteines in 1Dy10.1 were similar to those of 1Dy10 and other y-type subunits. In the N-terminal of 1Dy10.1, an amino acid was changed from L (leucine) to P (proline) at position 55. The repetitive domain of 1Dy10.1 differed from those of known HMW subunits by substitutions, insertions or/and deletions involving single or more amino acid residues. In the repetitive domain of subunit 1Dy10.1, the deletion of tripeptide GQQ in the consensus unit PGQGQQ resulted in the appearance of the motif PGQ that have not been observed in other known y-type HMW subunits. In comparison with the subunit 1Dy12, a deletion of dipeptide GQ, which occurred in subunit 1Dy10, was also observed in subunit 1Dy10.1. The cloned 1Dyl0.1 gene had been successfully expressed in Escherichia coli, and the expressed protein had the identical mobility with the endogenous subunit 1Dyl0.1 from seed.     

Isolation and Sequence Analysis of HMW Glutenin Subunit 1Dy10. 1 Ecoding Gene from Xinjiang Wheat （Triticum petropavlovskyi Udacz. et Migusch）

A novel HMW glutenin subunit gene 1Dy10. 1 was isolated and characterized from Xinjiang wheat （Triticum petropavlovskyi. Udacz. et Migusch） accession Daomai 2. The complete open reading frame （ORF） of 1Dy10. 1 was 1 965 bp, encoding 655 amino acids. The numbers and distribution of cysteines in 1Dy 10.1 were similar to those of 1Dy10 and other y-type subunits. In the N-terminal of 1Dy 10.1, an amino acid was changed from L （leucine） to P （proline） at position 55. The repetitive domain of 1Dy10.1 differed from those of known HMW subunits by substitutions, insertions or/and deletions involving single or more amino acid residues. In the repetitive domain of subunit 1Dyl 0.1, the deletion of tripeptide GQQ in the consensus unit PGQGQQ resulted in the appearance of the motif PGQ that have not been observed in other known y-type HMW subunits. In comparison with the subunit 1Dy 12, a deletion of dipeptide GQ, which occurred in subunit IDy10, was also observed in subunit 1Dy10.1. The cloned IDylO. 1 gene had been successfully expressed in Escherichia coli, and the expressed protein had the identical mobility with the endogenous subunit IDy10.1 from seed.     

Racemization of Amino Acids in Dipeptides Shows COOH > NH2 for Non-Sterically Hindered Residues

The relative rates of racemization for amino acid residues at the NH(2) and COOH ends of 37 different dipeptides were determined. In nine dipeptides containing alanine, leucine, phenylalanine, aspartic acid, and methionine, the amino acid residue racemized faster at the COOH-terminal position than at the NH(2)-terminal position (COOH > NH(2)). The sterically hindered amino acids isoleucine and valine showed NH(2) > COOH. Six proline dipeptides showed NH(2) > COOH. Intramolecular effects have been invoked to explain these surprising results.     

Protein Content and Amino Acid Composition in Grains of Wheat-Related Species

The protein content and amino acid composition for 17 wheat-related species （WRS） and three common wheats （control） were determined and analyzed, and the essential amino acids （EAAs） in WRS were evaluated according to FAO/WHO amino acid recommendations. The results showed that the mean protein content for WRS was 16.67%, which was 23.21% higher than that for the control. The mean contents （g 100 g^-1 protein） of most amino acids for WRS were lysine 2.74%, threonine 2.83%, phenylalanine 4.17%, isoleucine 3.42%, valine 3.90%, histidine 2.81%, glutamic acid 29.96%, proline 9.12%, glycine 3.59%, alanine 3.37%, and cysteine 1.57%, which were higher than those for the control. The contents of the other 6 amino acids for WRS were lower than those for the control. The materials （Triticum monococcum L., Triticum carthlicum Nevski, and Triticum turgidum L.） contained relatively high concentration of the most deficient EAAs （lysine, threonine, and methionine）. Comparing with FAO/WHO amino acid recommendations, the amino acid scores （AAS） of lysine （49.8%）, threonine （70.7%）, and sulfur-containing amino acids （74.8%） were the lowest, which were considered as the main limiting amino acids in WRS. It was observed that the materials with Triticum urartu Turn. （AA） and Aegilops speltoides Tausch. （SS） genomes had relatively high contents of protein and EAA. The contents of protein （16.91%）, phenylalanine （4.78%）, isoleucine （3.53%）, leucine （6.16%）, and valine （4.09%） for the diploid materials were higher than those for the other materials. These results will provide some information for selecting parents in breeding about nutrient quality and utilization of fine gene in wheat.     

高分子量麦谷蛋白1Ax1亚基研究进展

高分子量麦谷蛋白1Ax1亚基与小麦烘烤品质具有高度相关性,对小麦品质改良有重要作用。1992年首次分离得到1Ax1亚基基因,并由其基因序列推论得到氨基酸序列,结合生物物理学技术,进一步推测出1Ax1亚基的高级结构。由于高分子量麦谷蛋白对面团的粘弹性所起的决定性作用,同时由于1Ax1亚基与好的小麦面包烘烤品质具有高度相关性,使其成为在小麦品质改良工程中一个重要的研究对象。系统总结了目前在1Ax1亚基的核苷酸序列、氨基酸序列以及三维结构方面的研究成果,及其在小麦品质改良中的应用情况。     

高分子量麦谷蛋白亚基基因1Bx14转化小麦

 【目的】利用基因枪将优质高分子量麦谷蛋白亚基基因1Bx14导入普通小麦栽培品种绵阳19,为利用优质基因进行小麦品质改良奠定基础。【方法】构建小麦优质高分子量麦谷蛋白亚基基因1Bx14的胚乳特异性植物表达载体,利用基因枪将其转入不含该亚基的小麦品种绵阳19幼胚愈伤组织中,经潮霉素抗性筛选、PCR检测后,阳性植株进行PCR-Southern和Southern杂交验证,利用SDS-PAGE分析目的基因在转基因后代籽粒中的表达。【结果】从转化的652块愈伤组织中共获得6株转基因阳性植株,转化效率0.92% 。转化后代种子分析表明,1Bx14在部分转基因后代种子中表达,但同时也导致部分内源高分子量麦谷蛋白亚基基因不同程度的沉默。【结论】本研究成功地将小麦高分子量麦谷蛋白亚基基因1Bx14导入普通小麦绵阳19中,并在部分后代种子中得到了表达。     

小麦高分子量谷蛋白14亚基基因的PCR体系及原核表达研究

    小麦高分子量谷蛋白14亚基(HMW-GS 1Bx14)被认为可能对面团加工品质有很大贡献的亚基.为了验证其功能,本研究欲通过PCR方法扩增14亚基基因,并使其在大肠杆菌中大量表达,为下一步用掺粉实验验证其功能奠定基础.但是由于HMW-GS 1Bx14基因由2388 bp个碱基组成,GC含量较高,并且在基因中包含约1.6 kb的重复区,所有这些都使常规PCR难以成功扩增出HMW-GS 1Bx14 基因.本研究采取以下三种措施:①设计一对高Tm值的特异引物;②采用二段法PCR反应程序;③改良PCR反应的缓冲体系、添加有机溶剂(DMSO,甜菜碱等)和Taq酶保护剂(BSA等);最后成功地扩增出目的片段.此外由于不同生物间对密码子使用存在很大差异,因此HMW-GS 1Bx14基因很难在大肠杆菌中得到有效大量的表达.本研究选用万能菌株Rosetta(DE3)plysS作为表达用菌,从而克服了不同生物间密码子使用偏爱性的问题,成功的使HMW-GS 1Bx14得到表达,为下一步研究HMW-GS 1Bx14的基因功能奠定了基础.     

Opaque-2突变基因(o2)对玉米组合品质的影响

[目的]探讨o2突变基因的作用方式,提高玉米品质育种研究水平。[方法]通过对18个普通玉米自交系组配的33个普通玉米组合及相应的导入o2近等基因系(o2-NILs)组配的33个含o2玉米组合品质的比较,分析了导入o2后对玉米组合品质的影响。[结果]o2-NILs组合与普通玉米组合相比,其赖氨酸、蛋白质和油份含量有大幅增加,其余14种必须氨基酸含量也发生了相应的变化,天门冬氨酸、苏氨酸、甘氨酸、异亮氨酸、组氨酸、精氨酸和脯氨酸含量提高;而丝氨酸、谷氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸含量降低。相关性分析结果表明,天门冬氨酸、精氨酸和苏氨酸变化与赖氨酸变化程度高度相关(0.8),蛋白质和油份的变化与赖氨酸变化的相关性分别为0.48和0.38,表现为中度相关。33个o2-NILs组合综合品质分析结果表明,o2组合的CAL58×吉477和CA156×196综合品质优良,产量较高,可能具有较大的开发潜力。[结论]该研究结果为今后利用o2对温带玉米种质进行品质改良,并提高改良效率提供了理论和材料基础。     

一粒系小麦高分子量谷蛋白亚基1Ay的多样性

通过十二烷基磺酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)对44份一粒系小麦1Ay亚基的检测结果表明,一粒系小麦中普遍存在表达的1Ay亚基。供试的乌拉尔图小麦、野生一粒小麦和栽培一粒小麦的分布频率依次为42.86%,81.25%和100%。同时,1Ay亚基的迁移率在物种间也存在明显多态性。3种供试物种中分离出齐平于和快于1Dy12,齐平、快于和慢于1Bx7,以及齐平于1By8共6种迁移率类型。其中,乌拉尔图小麦的1Ay全部在1Dy12亚基附近,而野生一粒小麦和栽培一粒小麦则以集中在1Bx7附近为主。尽管一粒系小麦1Ay的表达与地理来源有关,但也存在变异,体现在来源地不同的同一物种的1Ay表达频率相异,又体现在来自同一地区材料的1Ay迁移率存在明显多态性。一粒系小麦具有的较丰富的1Ay亚基变异类型,为小麦育种提供了资源。     

硬粒小麦-节节麦人工合成小麦的鉴定和利用

对从CIMMYT引进的99份硬粒小麦-节节麦人工合成小麦通过抗锈性和农艺性状的鉴定,筛选出21份对条锈病高抗至免疫的材料;利用SDS-PAGE电泳技术对99份材料的HMW-GS组成进行了分析,筛选出8份携带1.5 10特异优质亚基和1份携带5 12亚基的合成小麦;利用筛选的抗锈、优质合成小麦与普通小麦组配正交、回交组合,不存在远缘不育现象,虽然较对照宁春4号熟期略晚,但其籽粒全为角质;对其中两个组合的F6代1 250个单株进行SDS-PAGE后发现,有64份含有1.5 10亚基,3份含有5 12亚基.作者分析认为,合成小麦的鉴定和育种应用,必将极大地丰富小麦种质资源,为培育丰产、优质、抗逆的新品系奠定基础.     

A new cofactor in a prokaryotic enzyme: tryptophan tryptophylquinone as the redox prosthetic group in methylamine dehydrogenase

Methylamine dehydrogenase (MADH), an alpha 2 beta 2 enzyme from numerous methylotrophic soil bacteria, contains a novel quinonoid redox prosthetic group that is covalently bound to its small beta subunit through two amino acyl residues. A comparison of the amino acid sequence deduced from the gene sequence of the small subunit for the enzyme from Methylobacterium extorquens AM1 with the published amino acid sequence obtained by the Edman degradation method, allowed the identification of the amino acyl constituents of the cofactor as two tryptophyl residues. This information was crucial for interpreting 1H and 13C nuclear magnetic resonance, and mass spectral data collected for the semicarbazide- and carboxymethyl-derivatized bis(tripeptidyl)-cofactor of MADH from bacterium W3A1. The cofactor is composed of two cross-linked tryptophyl residues. Although there are many possible isomers, only one is consistent with all the data: The first tryptophyl residue in the peptide sequence exists as an indole-6,7-dione, and is attached at its 4 position to the 2 position of the second, otherwise unmodified, indole side group. Contrary to earlier reports, the cofactor of MADH is not 2,7,9-tricarboxypyrroloquinoline quinone (PQQ), a derivative thereof, or pro-PQQ. This appears to be the only example of two cross-linked, modified amino acyl residues having a functional role in the active site of an enzyme, in the absence of other cofactors or metal ions.     

阿拉拉特小麦高分子量谷蛋白新基因1Gy的克隆及序列分析

利用y-型高分子量谷蛋白亚基的特异引物,对阿拉拉特小麦(PI427305)的基因组DNA进行PCR扩增,得到大小为2.2 kb的目的条带,将该条带回收纯化并克隆到pMD18-T载体中,经梯度亚克隆测序拼接,得到编码区的全序列为2 202 bp(GenBank登录号:HM131806),共编码732个氨基酸。它与1Gy7*序列的同源性高达99%,而且氨基酸序列结构与大多数y-型亚基相同,推断该基因为1Gy。1Gy的分子量比1Gy7*稍小,迁移率比1Gy7*慢。与小麦属其他基因组编码的y-型亚基相比,其在靠近C端的重复区多了一个半胱氨酸残基。利用在线PSIPRED对其二级结构预测结果显示,其重复区主要是无规则卷曲结构。这些结构都可能使得1Gy对小麦加工品质产生正面影响。     

弱筋小麦品种高分子量谷蛋白亚基组成分析

为了有效地利用从国内其他地区引进的低蛋白弱筋种质材料,采用SDS-PAGE技术对63份材料进行了高分子量谷蛋白亚基组成的分析。结果表明,参试材料中共有14种HMW-GS类型,Glu-A1位点上有Null、1和2*三种类型,以Null为主(52.4%);Glu-B1位点上有13 16、17 18、7、7 8、7 8 9和7 9六种类型,以7 8为主(55.6%);Glu-D1位点上有10、12、2 12、5 10、5 12五种类型,以2 12为主(61.9%),而5 10为27%。亚基组合类型共有22种,以“1,7 8,2 12”为主(22.2%)。品质评分频率最高的是8分,为38.1%,其次为6分,为14.3%,5分的为9.5%,但品质评分为10分的也有5个材料,频率为7.9%。优质亚基含量等同或高于其他同类研究,品质评分也相对较高,这说明我国弱筋小麦的选择,需要加强对HMW-GS组成的分析。     

籼粳杂种F_1花药游离氨基酸含量分析

本试验对籼粳杂种F_1在雄配子发育的三个时期(四分体期、小孢子期和花粉成熟期)花药游离氨基酸含量进行了分析。结果表明:含有广亲和基因的籼粳杂种花药游氨基酸总量,以及其中的丙氨酸、苏氨酸、亮氨酸、赖氨酸、精氨酸和色氨酸含量明显低于普通籼粳杂种,而脯氨酸含量则表现相反的趋势。这反映了二者在花粉发育过程中游离氨基酸代谢的重大差别。     

小麦高分子量麦谷蛋白亚基研究现状分析

小麦高分子量麦谷蛋白亚基(HMW-GS)与小麦品质密切相关,尤其对面包烘烤品质有显著影响.目前,关于HMW-GS的一些优质亚基基因已被标记和克隆,并应用在育种中,从而为小麦品质的改良提供了理论根据.对HMW-GS的结构、分离方法、与小麦品质的关系、在育种中的应用及在我国的分布情况进行了综述,并对应用分子生物学技术和栽培农艺措施共同改善我国HMW-GS分布及含量的前景进行了展望.     

Opaque-2突变基因(o2)对玉米组合品质的影响(英文)

[目的]探讨o2突变基因的作用方式,提高玉米品质育种研究水平。[方法]通过对18个普通玉米自交系组配的33个普通玉米组合及相应的导入o2近等基因系(o2-NILs)组配的33个含o2玉米组合品质的比较,分析了导入o2后对玉米组合品质的影响。[结果]o2-NILs组合与普通玉米组合相比,其赖氨酸、蛋白质和油份含量有大幅增加,其余14种必须氨基酸含量也发生了相应的变化,天门冬氨酸、苏氨酸、甘氨酸、异亮氨酸、组氨酸、精氨酸和脯氨酸含量提高;而丝氨酸、谷氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸含量降低。相关性分析结果表明,天门冬氨酸、精氨酸和苏氨酸变化与赖氨酸变化程度高度相关(>0.8),蛋白质和油份的变化与赖氨酸变化的相关性分别为0.48和0.38,表现为中度相关。33个o2-NILs组合综合品质分析结果表明,o2组合的CAL58×吉477和CA156×196综合品质优良,产量较高,可能具有较大的开发潜力。[结论]该研究结果为今后利用o2对温带玉米种质进行品质改良,并提高改良效率提供了理论和材料基础。     

小麦高分子量谷蛋白亚基表达量与面团流变学特性的关系

应用SDS-PAGE技术依据HMW-GS组成型从来自全国10个省(区)、市的小麦品种(系)中筛选出20个,分为5组.准确提取各品种的高分子量谷蛋白,并将SDS-PAGE谱带用凝胶成像系统(Bio-imaging System)和Labworks5.0进行亚基定量分析,并进行了面团流变学特性测定,所得数据用SPSS14.0进行统计分析.结果表明,HMW-GS总表达量在各品种间的差异达到极显著水平,所有品种中各亚基的平均表达量10>7>5>1>8>12>2>9;HMW-GS总表达量及HMW-GS占籽粒蛋白质含量的比例与面团形成时间、稳定时间和粉质评价值之间呈显著正相关;分组比较单个亚基对品质性状的影响表明,亚基1优于null,5 10优于2 12,7 8和7 9相当.研究发现不具有优质亚基组成、但HMW-GS表达量高的品种品质也较好,因此在小麦品质育种中,在注重HMW-GS组成筛选的同时,要注重保留HMW-GS表达量高的材料.     

黄淮麦区部分小麦新品系高分子量谷蛋白亚基的组成研究

为了解黄淮麦区小麦品种的高分子量麦谷蛋白亚基(HMW-GS)组成情况及优质亚基分布特点,利用SDS-PAGE电泳技术对39份2005-2006年度参加黄淮麦区区域试验小麦新品系的高分子量谷蛋白的亚基组成、亚基出现频率和品质得分进行研究。结果表明,参加试验的39份小麦新品系中出现了11种亚基和16种亚基组合类型,其中优质亚基2*、14 15和5 10出现频率分别为2.6%、7.7%和17.9%,亚基组合"1,7 8,2 12"和"N,7 8,2 12"为常见类型,其频率分别为20.5%和15.4%。参试的39份小麦品系的G lu-1品质得分在5~10分之间,平均品质得分为7.5,品质水平有所提高;具有较高品质得分亚基组合类型"1/2*,14 15,5 10"以及"1/2*,13 16,5 10"的品系没有出现,但出现了几种新的亚基组合类型,如"1,13 16,3 12"等。说明这些材料亚基组合类型存在一定的变异。在小麦品质育种上,应当注重优质亚基聚合,这对小麦品质改良具有重要作用。     

小麦高分子量谷蛋白亚基遗传规律及其品质效应之研究进展

高分子量谷蛋白亚基在Glu-1位点上有很强的多态性,在组成上有高度的异质性,变异非常丰富,对品种品质有很明显的作用。因此,高分子量谷蛋白亚基一直受到育种家们的广泛关注。在此,综述了小麦高分子量谷蛋白亚基在F1、F2等世代中的基因表达特性和亚基遗传规律,以及不完全表达和遗传畸变。同时还综述了各小麦高分子量谷蛋白亚基位点,位点内各亚基及亚基组成对品质的效应。并讨论了利用优质亚基、亚基组合对小麦品种品质改良的应用前景。