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《四川农业大学》 2009年
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小麦属物种高分子量谷蛋白亚基遗传多样性研究

徐黎黎  
【摘要】: 在小麦属及其近缘属物种中,具有许多能有效地丰富普通小麦遗传背景和拓宽其遗传变异的优异基因资源。本文对来自不同国家和地区的18个小麦属物种,包括一粒系、二粒系、提莫菲维系、普通系和茹科夫斯基系,共1855份材料的高分子量谷蛋白亚基变异进行了较为全面系统的检测与分析,主要结果如下: 1.利用十二烷硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳法(Sodium Dodecyl Sulphate-polyacrylamide Gel Electrophoresis,SDS-PAGE)对595份一粒系小麦高分子谷蛋白亚基遗传变异进行了分析。在供试材料中,共检测到7种1Ax和5种1ay高分子谷蛋白等位变异类型,形成21种亚基组合类型。在224份野生一粒小麦中,共有6种1Ax和5种1Ay等位变异类型,形成18种亚基组合类型,分布频率最高的亚基组合类型是2~*/Ay(B),达到34.82%。在191份栽培一粒小麦中,仅发现5种1Ax和3种1ay等位变异类型,形成11种亚基组合类型,分布频率最高的是2~*/Ay(B),达到81.68%。在180份乌拉尔图小麦中,也检测到3种1Ax和4种1Ay等位变异类型,形成11种亚基组合类型,分布频率最高的亚基组合类型是2~*、2~*/Ay(C)和2~*/Ay(B),分别达到20.56%、20.56%和20.00%。野生一粒小麦材料中有98.66%、栽培一粒小麦材料中有95.81%以及乌拉尔图小麦中有约75%的材料1Ay亚基是能够表达的。遗传多样性指数分析表明,野生一粒小麦的每个位点亚基数目A、有效等位基因数Ne、多态位点百分率P、基因多样性指数He和Shannon信息指数S都显著高于栽培一粒小麦和乌拉尔图小麦,其中栽培一粒小麦最低。因此,高分子谷蛋白亚基的遗传变异在野生一粒小麦中较高,而在栽培一粒小麦和乌拉尔图小麦中则相对较低。 2.利用SDS-PAGE技术鉴定和分析了662份二粒系小麦高分子谷蛋白亚基遗传变异。结果表明,在Glu-Al位点上共检测到5种亚基类型,其中圆锥小麦5种,栽培二粒小麦和硬粒小麦4种,波兰小麦和伊斯帕汗二粒小麦3种,波斯和东方小麦两种。在所有二粒系小麦中都检测到亚基null,且频率最高;等位变异Glu-Al-Ⅰ也广泛存在于二粒系小麦中;亚基2~*存在于除波兰小麦的其它二粒系小麦中;而且所有的波斯小麦材料中都检测到可表达的1Ay亚基。在Glu-Bl位点,共检测到15种亚基类型,其中圆锥小麦最多(12种),伊斯帕汗二粒小麦最少(2种)。在绝大多数二粒系小麦物种中都检测到亚基7+8、6+8和20。亚基6+8在所有的二粒系小麦(除了伊斯帕汗二粒小麦)中检测到,亚基7+8在5种二粒系小麦中检测到,亚基20在所有的二粒系小麦(除了波斯小麦)中都检测到。二粒系小麦中还发现了一些稀有的亚基类型,如13+19、17+18、22、null、7+15、6、Glu-Bl-Ⅲ和Glu-Bl-Ⅳ。亚基7+8在栽培二粒小麦、圆锥小麦和波斯小麦中出现的频率最高,分别为35.10%、35.79%和95.29%;在中国圆锥小麦地方品种中,等位变异Glu-Bl-Ⅲ出现的频率最高,达到83.13%。在硬粒小麦中,亚基20,7+8和6+8检测到相似的频率,分别为30.99%,29.58%和26.76%,而等位变异Glu-Bl-Ⅰ出现频率最低(1.41%)。在东方小麦中,亚基13+16出现频率最高,达60.92%,而亚基20和13+19仅有4.6%和2.3%。在波兰小麦中,亚基13+16出现频率最低,仅在材料PI191823中观察到。7份伊斯帕汗二粒小麦只检测到亚基7(85.71%)和14+15(14.29%)。遗传多样性指数分析表明,圆锥小麦的每个位点亚基数目A、多态位点百分率P、基因多样性指数He和Shannon信息指数S都显著高于其他二粒系小麦,其次是栽培二粒小麦、硬粒小麦和东方小麦比较高。波斯小麦具有最低的He和S值。结果说明,波斯小麦、中国圆锥小麦地方品种和波兰小麦高分子谷蛋白亚基具有较低的遗传多样性,而圆锥小麦和栽培二粒小麦则具有较高的遗传多样性。 3.利用SDS-PAGE技术对307份提莫菲维系小麦高分子谷蛋白亚基遗传变异进行了分析。在供试材料中,共检测到5种1Ax、5种1Ay、4种Gx和3种Gy高分子谷蛋白亚基等位变异类型,并形成24种亚基组合类型。43份提莫菲维小麦中,共有2种1Ax、2种1Ay、2种Gx和1种Gy亚基类型,形成4种亚基组合,其中分布频率最高的是2~*/Gx(A),达到81.40%。在264份阿拉拉特小麦中,发现5种1Ax、5种1Ay、4种Gx和3种Gy亚基类型,形成20种亚基组合,分布频率最高的是1+Ay(A)/Gx(A)和1/Gx(A),分别占18.94%和18.18%。在所有的提莫菲维系小麦中,有144份材料未检测到Ay亚基的表达,其中提莫菲维小麦38份,阿拉拉特小麦106份,各占88.37%和40.15%。Gx亚基在所有材料中基本全部表达,而Gy亚基在提莫菲维小麦和阿拉拉特小麦中出现频率非常低,分别为2.33%和20.08%。可以看出,阿拉拉特小麦中有较高的高分子谷蛋白亚基遗传变异,而提莫菲维小麦中则相对较低。 4.利用SDS-PAGE技术鉴定和分析291份普通系小麦高分子谷蛋白亚基遗传变异。结果表明,在Glu-Al位点上共检测到3种亚基类型。斯卑尔脱小麦检测到2种,亚基1出现频率最高,达97.54%。马卡小麦中检测到的亚基null和1分别占82.8%和17.2%。密穗小麦中出现频率最高的是亚基null(55.56%)。印度圆粒小麦和瓦维洛夫小麦仅检测到亚基null。在Glu-Bl位点,共检测到12种亚基。斯卑尔脱小麦出现频率最高的是亚基6+8;马卡小麦中亚基7+8出现频率最高,达55.2%,其次是7+9;密穗小麦中亚基7+8最高,达39.68%,其次是亚基20(22.22%)和21(11.11%);印度圆粒小麦中亚基22出现频率最高(75.9%);瓦维洛夫小麦仅检测到亚基7+8和6+8,出现频率分别为66.7%和33.3%。另外,在斯卑尔脱小麦中也发现了一些新的亚基,6~*+8~*和6.1+22.1。在Glu-Dl位点,仅检测到两种亚基类型,2+12和5+10。亚基2+12出现频率最高,分别为斯卑尔脱小麦(99.38%)、马卡小麦(82.8%)、印度圆粒小麦(100.00%)、密穗小麦(88.89%)和瓦维洛夫小麦(100.00%)。在1份斯卑尔脱小麦、5份马卡小麦和7份密穗小麦中发现了与烘烤品质密切相关的5+10亚基。所有普通系小麦中共发现29个亚基组合。在斯卑尔脱小麦中组合1/6+8/2+12出现的频率为83.00%。马卡小麦中出现频率最高的组合是null/7+8/2+12。密穗小麦中出现了大量的亚基组合,但每个组合的频率都不高。印度圆粒小麦中观察到四个亚基组合,其中null/20/2+12出现频率最高。3份瓦维洛夫小麦仅检测到2个亚基组合。遗传多样性指数分析表明,密穗小麦的每个位点亚基数目A、多态位点百分率P、基因多样性指数He和Shannon信息指数s都显著高于其他普通系小麦,马卡小麦和斯卑尔脱小麦次之,印度圆粒小麦最低。由此可见,马卡小麦和密穗小麦的高分子量谷蛋白遗传多样性较高,而斯卑尔脱小麦和印度圆粒小麦则具有较低遗传多样性。 5.对小麦属一粒系、二粒系、提莫菲维系、普通系和茹科夫斯基系物种高分子谷蛋白亚基遗传变异进行了比较,所有供试材料共检测到43个HMW-GS等位基因位点,形成169个高分子量谷蛋白亚基组合,其中一粒系小麦21个,二粒系小麦92个,提莫菲维系小麦24个和普通系小麦32个,表明小麦属物种在Glu-1位点具有较高的遗传多样性。Glu-Bl位点比Glu-Al和Glu-Dl具有更高的遗传变异。二粒系小麦中HMW-GS等位基因和亚基组合分布的频率都显著高于普通系小麦。在Glu-Al位点,亚基缺失类型null在除了乌拉尔图小麦、提莫菲维小麦和茹科夫斯基小麦的其它所有小麦属物种中检测到,且在大多数物种中具有最高的出现频率。亚基1和2~*也在绝大多数的小麦属物种中检测到。在一粒系和二粒系小麦中还发现了一些稀有亚基,如1~*、2~*、Glu-Ald、Glu-Ale和Glu-Al-Ⅰ,这在普通系小麦中都没有发现。波斯小麦中发现了1Ay亚基,这明显区别于其它二粒系小麦。在Glu-Bl位点,二粒系小麦中检测到2-12个高分子量谷蛋白亚基,普通系小麦中有2-10个,二粒系小麦中的圆锥小麦和普通系小麦中的密穗小麦检测到的亚基最多,分别有12和10个,而伊斯帕汗二粒小麦和瓦维洛夫小麦检测到的亚基最少,都仅有2个。绝大多数二粒系和普通系小麦物种中都检测到亚基7+8、6+8和20。在二粒系小麦中发现了一些普通系小麦中不存在的亚基类型,如13+19、14+15、null、7+15、6、Glu-Bl-Ⅲ和Glu-Bl-Ⅳ;斯卑尔脱小麦中也发现了一些新的亚基,6~*+8~*和6.1+22.1。在Glu-Dl位点,仅检测到两种亚基类型,2+12和5+10。遗传多样性指数分析表明,一粒系小麦高分子量谷蛋白亚基遗传多样性较高,二粒系小麦和普通系小麦较低。在所有小麦属物种中,野生一粒小麦的基因多样性指数最高,波斯小麦和印度圆粒小麦的基因多样性指数最低。遗传聚类图可以很清楚地把二粒系和普通系小麦物种分辨开,但二粒系小麦中的波斯小麦与普通系小麦聚在一起,表明它与其余二粒系小麦的遗传关系很远,而斯卑尔脱小麦也单独聚在一个分支,与其它种的遗传关系也较远。
【学位授予单位】:四川农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:S512.1

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