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小麦及其近缘物种脂肪酸氧化酶和puroindoline B-2基因型鉴定和分子特征研究

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摘要

1.面制品黄度是消费者评价面团品质的主要标准之一。这一特性是由于粗面粉中存在类胡萝卜素造成的，在面团加工过程中，类胡萝卜素的氧化降解主要是因为脂肪酸氧化酶(LOX)的存在。因此脂肪酸氧化酶(LOX)活性是决定小麦面粉及其面制品色泽的一个重要因素。
　　 1.1本试验以218份来自5个不同国家和地区的硬粒小麦品种为材料，利用特异性引物PCR扩增、限制性内切酶技术、DNA克隆和测序技术的方法以及核酸蛋白质检测仪、酶标仪，对所有试验材料的Lpx-B1基因型及其LOX活性进行了鉴定与分析。
　　 1.2本试验结果表明硬粒小麦中Lpx-B1基因家族分为Lpx-B1.1、Lpx-B1.2和Lpx-B1.3三个位点，其中Lpx-B1.1位点有三个等位基因：Lpx-B1.1a、Lpx-B1.1b和Lpx-B1.1c，而Lpx-B1.2和Lpx-B1.3则是一对等位基因。在218份硬粒小麦品种中共有118份属于Lpx-B1.1a基因型，占54.1％；21份属于Lpx-B1.1b基因型，占9.6％；79份属于Lpx-B1.1c基因型，占36.2％，表明在Lpx-B1.1位点Lpx-B1.1a和Lpx-B1.1c占据着主导地位。而在Lpx-B1.2和Lpx-B1.3位点上，有193份材料属于Lpx-B1.2基因型，占88.5％；25份属于Lpx-B1.3基因型，占11.5％，表明Lpx-B1.2等位基因在硬粒小麦种质资源中是主要的基因类型。
　　 1.3本试验通过对硬粒小麦种质资源LOX酶活测定结果表明，在不同基因型的硬粒小麦品种中LOX活性是不同的。方差分析结果表明在Lpx-B1.1位点，Lpx-B1.1b基因型的LOX酶活力是最高的，Lpx-B1.1a基因型酶活力次之，Lpx-B1.1c基因型酶活力最低，且差异极显著(P<0.01)，同时研究表明Lpx-B1.1c的缺失可能导致了LOX酶活性的剧降；而方差分析结果表明Lpx-B1.3基因型的酶活力要显著高于Lpx-B1.2基因型(P<0.01)。
　　 1.4根据硬粒小麦品种中Lpx-B1基因型分布，共区分出4个不同的单体型：单体型Ⅰ，包括Lpx-B1.3和Lpx-B1.1b等位基因；单体型Ⅱ，包括Lpx-B1.2和Lpx-B1.1a等位基因；单体型Ⅲ，包括Lpx-B1.2和Lpx-B1.c等位基因；单体型Ⅳ，包括Lpx-B1.3和Lpx-B1.1a等位基因。成熟籽粒中Lpx-B1总的LOx活性在这4个单体型中是不同的：单体型Ⅰ、Ⅳ、Ⅱ、Ⅲ分别酶活性水平由高到低排列。
　　 1.5本试验研究了硬粒小麦品种中Lpx-B1基因家族的基因型分布与LOX活性之间的相关性，开发出了新的Lpx-B1-23分子标记，为我们针对不同的消费群体，正确的选择育种目标来满足其感官需求提供了科学依据。
　　 2.对普通小麦(Triticum aestivum L.)及其近缘物种进行puroindoline b-2变异的克隆和进化分析，可以促进我们了解小麦及其相关物种中puroindoline b-2基因的遗传多样性和演变。
　　 2.1本文研究了普通小麦(AABBDD)及其4个近缘物种：乌拉尔图小麦(T.urartu，Au Au)、拟斯卑尔脱山羊草(Aegilops speltoides SS)、粗山羊草(Ae.Tauschii，DD)和硬粒小麦(T.turgidum AABB)，发现它们在与普通小麦puroindoline b-2变异相对应的Pinb2v-A1，Pinb2v-B1/Pinb2v-S1和Pinb2v-D1位点的都存在新的等位基因。
　　 2.2在这些位点共鉴定出9个新的等位基因，分别命名为Pinb2v-A1a到Pinb2v-A1c，Pinb2v-S1a到Pinb2v-S1e和Pinb2v-D1a。普通小麦及其近缘物种puroindoline变异或者等位基因的对比表明与多倍体中puroindoline b-2变异相比，二倍体中所有的等位基因均源于单核苷酸替换。
　　 2.3推断的氨基酸序列表明，由于终止密码子过早存在。导致了Pinb2v-A1位点的三个等位基因以及在Pinb2v-S1位点的四个等位基因(Pinb2v-S1a，Pinb2v-S1b，Pinb2v-S1c和Pinb2v-S1e)都不能正常翻译；而Pinb2v-D1位点的Pinb2v-D1a以及Pinb2v-S1位点的Pinb2v-S1d能够正常翻译，这可能表明puroindoline b-2变异在Ae.Tauschii中要比T.urartu和Ae.Speltoides中具有更高的保守性。同时，puroindoline b-2变异在研究的所有硬粒小麦和普通小麦中都能正常翻译。
　　 2.4尽管与多倍体小麦相比，二倍体小麦的等位基因多样性更为复杂，但是先前在硬粒小麦和普通小麦中鉴定出的Puroindoline b-2等位基因在本研究中的二倍体基因组供体上并没有找到。这些结果可能反映出了四倍体小麦和六倍体小麦的进化史，虽然它可能是基于普通小麦和硬粒小麦稳定性和功能选择的puroindoline b-2变异等位基因。
　　 2.5本文调查了普通小麦及其近缘物种puroindoline b-2变异，为我们了解小麦中puroindoline相关基因的遗传多样性和它们的进化史提供了有用的信息。

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