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《西北农林科技大学》 2003年
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小麦品质性状的生化遗传基础研究及LMW-GS基因的克隆与序列分析

赵惠贤  
【摘要】: 小麦加工品质改良已成为我国小麦育种的主要目标之一。特别是我国加入WTO以后,对小麦产品的质量提出了更高的要求,小麦品质改良的任务将更加艰巨和重要。因此,深入了解小麦加工品质性状形成的分子基础及遗传规律,为品质改良提供理论依据和科学指导,对加速我国小麦品质育种和优质小麦生产具有重要意义。本研究选用在麦谷蛋白5个基因位点(即Glu-B1、Glu-D1、Glu-A3、Glu-B3和Glu-D3位点)上均含不同等位基因的小麦品种Suneca和Cook杂交F_4代60个麦谷蛋白纯合系,及18个黄淮海优质小麦产业带国家小麦展示品种为试材,研究了麦谷蛋白Glu-1和Glu-3位点基因等位变异对籽粒聚合体蛋白粒度分布及面粉品质的影响、籽粒聚合体蛋白粒度分布与面粉品质特性的关系和小麦品质性状与籽粒一些生化性状间的关系;本研究还设计合成了小麦A、B和D基因组中LMW-GS基因特异引物,并利用特殊遗传材料对其进行了验证和筛选;在此基础上,通过PCR方法克降了与优质相关的LMW-GS基因及其启子。现将主要研究结果简述如下: ①用Suneca和Cook杂交F_4代60个麦谷蛋白纯合系研究基因等位变异对籽粒聚合体蛋白粒度大小相对分布(用不溶聚合体蛋白占总聚合体蛋白含量的百分数表示,即UPP%)的影响,结果表明Glu-B1、Glu-D1、Glu-A3和Glu-B3位点等位基因变异对籽粒聚合体蛋白粒度大小相对分布的效应存在显著差异,含Glu-Blu、Glu-D1d、Glu-A3b和Glu-B3b基因的株系分别比含其等位基因Glu-B1i、Glu-D1a、Glu-A3d和Clu-B3h的株系有较大的UPP%;Glu-1位点和Clu-3位点对籽粒聚合体蛋白大小相对分布的影响存在累加和互作效应。 ②Glu-D1、Glu-A3和Glu-B3位点上等位基因变异对面团形成时间(即揉面曲线图峰值对应的和面时问,简写PTM)有显著或极显著影响,含Glu-D1d,Glu-A3b和Glu-B3b基因的株系分别比含Glu-D1a,Glu-A3d和Glu-B3h基因的株系有较长的和面时间;在该遗传背景下,麦谷蛋白各基因位点对PTM的效应大小依次排列为:Glu-D1 小麦品质性状的生化遗传基础研究及LMW一GS基因的克隆与序列分析 侧ues方J‘ju训3臼u一了=‘lueeD口。Glu一了位点和侧u一3位点对和面特性的影响存 在累加效应和互作效应。小麦籽粒聚合体蛋白粒度相对分布(UPP%)与曲粉的和血时 I、11(I,‘I’M)号毛极显著正才f}关,与lfll-粉蛋I全I质含量(I了既)才f}比,UI’I)%对l}‘l、M的彭llll’4更大些, 可作为一育利,早代品质性状选择的一个指标。 ③以黄淮麦区品质差异较大的18个小麦品种为材料研究小麦品.质性状与籽粒 一些生化性状间的关系,结果表明面粉总蛋白质含量、总聚合体蛋白含量和不溶性 大聚合体蛋白含量3个生化性状对籽粒硬度、沉降值和湿曲筋含量这3个,{占质指标 有极人正!;刁作用:影响湿面筋含量(Y.)的关键生化性状是面粉总蛋白含量(xl),其 !日!归方程为Y一魂.3054X一18.5971,相关系数是0.9992,达极显著水平;影!响沉降值 (丫.)的关键生化性状是总聚合体蛋白含量(X:)和大聚合体占总蛋自含量的百分比 (X,),其1叫少_!方程为丫,沼.278魂X尹0.4930凡一54.8929,相关系数是0.7」98,也达到 极显著水〕}气 ④根据GeneBank,喇眺等库中公布的所有己知LMW一GS荃囚不同区域的保守序 夕J设计了5对小麦A、13和D丛因组‘!,IJMw一GS华因特异引物,j!川六倍体普通小麦阿 勃二体、IA、1B和lD缺体,四倍体小麦及二倍体的一粒小麦和节节麦等特殊遗传材 料对其进行了PCI之验证和筛选。结果表明引物3(序列为5’叮GT八GAAACTGCCATCC’I、T3 ’)和引物魂(5’Gl’CACCGCI’GCA’I’CGACA‘I’A3’)为麦谷蛋自脚:,双了位点l」MW一GS墓 因特异引物,其}’CI丈扩增产物约1600bp,包括了启动子卜_和完整编码区;引物5(5 ’I’CC‘l’(;A(;AA(;I’(;CAI’GACA‘l’(;3‘)不l一7(5‘〔;『l’A(;GCACCAAC‘l、CCGGI’GC3’)足麦谷蛋白 (,,/乙了一/],了位点IMw一(;S么誓I引特异I’Cl受弓I物,工琴I’Cl之JJ”增产二物约l/15()l〕I〕,包括了J‘t}动r不11 整个编码区。 ⑤用引物3和4,通过I〕CR技术克隆的小堰6号和队优225(,’j:,一以了位点LMw一GS 琴比】)补列(其Ge;lel3a。k登录一号分别为AY263:亏69和AY299通85)与已报道的LMW一GS丛 囚序列高度}司源;克隆〔l{J这2个从因均包括了完整编码区和其!:游的胚乳特异性表达 启动J气:陕优225中该基因读码框为6训二15181)p,i(lJ小似6号,1,该从囚读码框为 606二1 520bl,,推测蛋自均为3O4aa(含N一端的ZOaa信号)Jk,成熟蛋自仅为284oa)。 陕优2巧的推测蛋白氦墓酸序列中含有8个CyS残丛,与所有报道的LMW一CS相同; 而小f僵6号的则多含l个CyS残墓;这是迄今首次发现的编码含9个Cys残基的LMw一GS 华囚。根据小麦谷蛋自聚合体粒度分布与品质间的关系研究结果,该荃因应属于优质 从因。这可能是小惬6号加工况.质优良的主要原因之一。 这些研究结果将为小麦育种实践中品质性状的预测和筛选及利用垫因工程方法 改良小麦品质提供理论依据。
【学位授予单位】:西北农林科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:S512.1

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