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野生二粒小麦丰富普通小麦LMW-GS遗传基础及其对小麦品质的改良潜能

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摘要

1 文献综述

1．1小麦品质

1．2小麦籽粒蛋白的种类

1．3小麦中LMW-GS的研究进展

1．3．1 LMW-GS的发现与分类

1．3．2 LMW-GS的基因结构

1．3．3 LMW-GS基因的染色体定位

1．3．4已知的LMW-GS基因

1．3．5小麦近缘属种LMW-GS基因的研究

1．3．6 LNIW-GS与小麦品质研究进展

1．4野生二粒小麦的研究进展

1．5本研究目的与意义

2．材料与方法

2．2．2 2-DE鉴定LMW-GS

2．2．3 DNA提取和PCR扩增及克隆

2．2．4 Glu-A3基因序列比对和进化树分析

2．2．5二级结构预测和分析

2．2．6加工品质参数测定和分析

3 结果与分析

3．2野生二粒小麦D97和普通小麦CN16及其杂种后代LMW-GS的2-DE分析

3．3 Glu-A3位点LMW-GS基因克隆及其分子结构

3．4 LMW-GS的系统发育分析

3．5 Glu-A3位点LMW-GS基因的二级结构预测

3．6加工品质参数测定和比较

4 讨论

4．2野生二粒小麦LMW-GS对普通小麦加工品质改良的潜能

4．3小麦LMW-GS的复杂性及其鉴定和品质效应研究的困难性

结论

参考文献

附录

致谢

论文说明

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摘要

野生二粒小麦(Triticum dicoccoides，AABB，2n=4x=28)拥有特异的贮藏蛋白，其低分子量谷蛋白亚基(LMW-GS)等位变异丰富。因此，鉴定和利用其载荷的新型LMW-GS编码基因不仅能丰富普通小麦LMW-GS基因的遗传多样性，而且能为普通小麦品质改良提供基因资源。本研究通过SDS-PAGE和2-DE两种蛋白分析方法对野生二粒小麦D97和高产弱筋小麦品种CN16及其杂交后代(F12)中HMW-GS组成相同却具有不同加工品质特性的姊妹系BAd7-209和BAd7-213的LMW-GS进行鉴定;在此基础上针对Glu-3位点具有丰富遗传多样性的特性，对供试材料的Glu-A3基因进行分子克隆及其结构分析;并对CN16和杂种后代的加工品质进行测定分析，以探讨野生二粒小麦对普通小麦LMW-GS遗传基础的丰富潜能和对加工品质的改良潜能。主要研究结果如下:
　　1.SDS-PAGE和2-DE结果显示，野生二粒小麦D97和普通小麦CN16具有不同的LMW-GS亚基组成，其中，D97具有较CN16表达量更高且类型更丰富的LMW-GS。D97和CN16的种间杂交后代BAd7-209和BAd7-213，不仅含有母本CN16的LMW-GS，而且还具有与D97电泳迁移率和电荷相似的C型亚基C1、C5和D型亚基D1和D2。另外，BAd7-209具有与D97电泳迁移率相似的C2、C3和C4亚基，BAd7-213具有与D97电泳迁移率相似的D4亚基。结果表明通过远缘杂交，野生二粒小麦中某些LMW-GS基因被成功地导入到普通小麦中，并在其后代中稳定遗传。此外，BAd7-209还含有2个与双亲均不同的新的D型亚基D8和D9，表明野生二粒小麦有利于拓宽普通小麦LMW-GS的遗传基础。
　　2.对Glu-A3位点进行PCR扩增、克隆，总共分离得到35条LMW-GS基因序列。其中父本D97，母本CN16及其后代BAd7-209和BAd7-213中分别分离出8，8，10和9个序列。从中共鉴定出了27个编码LMW-m型和2个编码LMW-i型蛋白的全长LMW-GS基因序列(登录号MG574321-MG574349)，LMW-i型蛋白编码序列仅在D97中被检测到。MG574323是CN16、D97以及它们的后代BAd7-209和BAd7-213所共有，表明该基因非常保守。MG574329和MG574330是野生二粒小麦特有的，其中，基因MG574329仅遗传到后代BAd7-213中，而MG574330既遗传到BAd7-209又遗传到BAd7-213中。
　　3.聚类分析显示，在新分离的LMW-GS基因中，两个来自野生二粒小麦D97的i-型LMW-GS与GenBank上的i-型基因聚为一类，而所有m-型LMW-GS均与GenBank上的绝大部分m-型基因聚在另一大枝。仅有来自母本CN16的MG574328与GenBank中已知LMW-m基因聚类在一起，其余克隆的m-型LMW-GS基因则与已发表的EF190882聚在一个大亚枝中。对新克隆的基因进行聚类分析，发现进入第1组的LMW-m型基因(MG574329、MG574330、MG574333、MG574335、MG574337、MG574339-MG574341、MG574343、MG574344、MG574347)表现出与D97具有较近的亲缘关系，而进入第2组的LMW-m型基因(MG574321-MG574325、MG574336、MG574338、MG574349)与CN16的亲缘关系更近。可见，杂种后代整合了野生二粒小麦和普通小麦双亲的LMW-GS遗传物质。
　　4.根据推导的氨基酸序列，其中26个m-型LMW亚基(MG574321-MG574327、MG574329、MG574330、MG574332、MG574333和MG574335-MG574349)具有8个保守的半胱氨酸残基，两个LMW-i型亚基MG574331和MG574334具有7个半胱氨酸残基，在这8个或者7个半胱氨酸残基中位于C-Ⅰ区域和C-Ⅲ末端的6个半胱氨酸残基参与分子内二硫键的形成，而位于N端和C-Ⅱ区域的2个或1个半胱氨酸残基可能涉及分子间二硫键，形成蛋白质多聚体。而母本CN16所特有的MG574328仅含C-Ⅰ区域和C-Ⅲ末端的6个半胱氨酸残基，缺乏形成分子间二硫键的半胱氨酸，可能无法形成蛋白质多聚体。因此，CN16很可能由于缺失形成分子间二硫键的半胱氨酸残基导致其功能蛋白质差异，从而影响其加工品质。
　　5.蛋白质二级结构预测显示，D97中α-螺旋的平均百分含量高于CN16，而且其杂种后代BAd7-209和BAd7-213的平均百分含量均普遍高于CN16，表明D97和后代BAd7-209和BAd7-213可能通过α-螺旋含量来提高面团的质量，这一特性可以用来改善普通小麦的面团品质，这与两个杂交后代BAd7-209和BAd7-213的加工品质各项参数如蛋白质含量、沉降值含量、面筋含量、形成时间、稳定时间，粉质评价值均高于CN16结果相符。在获得的所有LMW-GS基因中，只有来自D97的MG574335的β链数为2，与被认为对面团质量具有正效应的LMW-GS基因AY263369相同。
　　6.品质参数结果显示，两个远缘杂交后代各品质参数均优于母本CN16，表明野生二粒小麦可以有效改善普通小麦的加工品质;同时还发现，后代BAd7-209各项被测品质参数均显著高于其姊妹系BAd7-213，推测除HMW-GS和醇溶蛋白之外，可能还与它们不同的LMW-GS组成有一定关系。这些结果为利用野生二粒小麦LMW-GS进行普通小麦加工品质的遗传改良提供了依据。

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