大麦2H染色体上的α-淀粉酶抑制蛋白基因Isa-H1向普通小麦的导入、鉴定及表达

【摘要】： 小麦成熟期穗发芽（Pre-harvest Sprouting，PHS）是世界性小麦自然灾 害，指小麦在收获前遇到阴雨或潮湿环境下的穗上发芽。在整个穗发芽的进 程中，多种水解酶的活性得到提高，特别是α-淀粉酶活性的提高，对胚乳中 淀粉的分解能力增强，严重限制了面粉的加工利用。大麦2H染色体长臂上 携带有α-淀粉酶抑制蛋白基因Isa-H1，将这一基因导入小麦并研究其表达抑 制情况，结果如下： 1.通过基因组原位杂交，解析了CSph1b×BetzesCS+2H杂种组培SC_2 代15份材料的遗传组成，其中X99-1、X99-3为二体缺体2H三体，X99-2、 X99-9为单体异代换系，X99-4、X99-5、X99-7、X99-11、X99-12、X99-14 为二体异代换系，X99-13为代换易位系。 2.经中国春重双端体DDT2A、DDT2B及DDT2D测交及RFLP分析， 鉴定出一套小麦-大麦2H二体异代换系，其中X99-4、X99-5为A代换即 2H（A），X99-11、X99-12、X99-14为B代换即2H（B），X99-7为D代换即 2H（D）；同时明确了代换易位系中代换所涉及的染色体为2H/2B；小麦第二 部分同源群短臂探针psr131可作为追踪大麦2H染色体的RFLP标记。 3.代换系2H（A）、2H（B）和2H（D）在花粉母细胞减数分裂中期Ⅰ（PMCs MI）具21Ⅱ的频率分别为92.56%、94.12%和95.41%，表明3个代换系染 色体基本构型为21Ⅱ，在细胞学上是稳定的。 4.代换系2H（B）、2H（D）的穗长、每株穗数、每穗粒数及籽粒大小等农 艺性状均好于CS。2H（A）、2H（B）和2H（D）的不育率分别为40.44%、20.30% 和21.82%。大麦2H染色体对小麦第二同源群B、D染色体的缺失有较好的 补偿能力。 5.CSph1b×CS+Betzes2H杂种组培当代以高达12.5%的频率获得了小 麦-大麦2H单体异代换系，对其继续进行选择，在SC_3代获得了2H二体异 代换系2H（B）。利用大麦2H染色体上的STS长臂引物aABC252及短臂引 物aABC454对2H（B）×CS杂种组培后代SC_1及SC_2进行筛选，2H染色体 在各代的传递率分别为90%和50%。从74株SC_2代中筛选出2株小麦染色 体与大麦2HL的重组材料19-1-1、19-1-5。19-1-1 PMCs MI染色体构型为 Zn＝20II十I＋t＋。 6．通过硫酸胺沉淀、离子交换及等电聚焦电泳等方法，提纯了大麦a· 淀粉酶抑制蛋白（BASI）。蛋白功能检测结果表明BASI可与小麦a·淀粉 酶－l结合成复合物，从而达到降低小麦a·淀粉酶活性的目的。同时发现BASI 对小麦a－淀粉酶－2也有抑制作用。 7．采用等电聚焦电泳，分析了各材料抑制蛋白（ASI）的动态变化，结 果表明抑制蛋白在花后15天已开始合成，随着发育天数的增加，蛋白含量 逐渐增加，30．35天含量较高。激光扫描结果表明附加系CS＋B6TZeSZH及代 换系的ASI含量高于小麦品种中国春，说明大麦a－淀粉酶抑制蛋白基因Isa－ HI在小麦背景下表达正常。 8．大麦ZH染色体导人小麦背景后存在协调、表达和基因互作问题，从 植株长势和淀粉品质看，整倍体代换系好于附加系。代换系ZH（）穗发芽率 较低，ZH田）的高峰粘度较高，淀粉品质较好。