全 文 ：麦类作物学报　2007 , 27(1):80 - 83
Journal o f T riticeae Crops
粗山羊草高分子量谷蛋白亚基组成分析*
张常娥 ,刘　勇 ,方　斌 ,罗　杰 ,何光源
(华中科技大学生命科学与技术学院 ,中英 HUST-RRes基因工程和基因组学联合实验室 ,湖北武汉 430074)
摘　要:为了发现能够用于小麦品质改良的优异高分子量谷蛋白亚基(HMW-GS), 应用 SDS-PAGE 技
术分析了 47 份粗山羊草 Glu-D t 1 位点的 HM W-GS 组成 ,分别检测到 5 种 x-型亚基(1. 1 t 、1 t 、1. 5t 、2 t 、3 t)和 4
种 y-型亚基(10. 1 t 、11 t 、12t 、12. 4 t)。其中 , 1Dx1. 1 t 是 1 种新的 x-型亚基 ,它的迁移率比普通小麦的 1Ax1 亚
基稍慢 ,这是目前在粗山羊草中发现的分子量最大的 HM W-GS。供试粗山羊草中有 8 种 HMW-GS 组合类
型:1. 1 t+ 11t 、1t + 11 t 、1. 5 t +12t 、2t + 10. 1 t 、2 t+ 11 t 、2 t +12t 、2 t +12. 4 t 和3 t +11 t。其中 , 1. 1t + 11 t 和
2 t + 12. 4 t 未见报道。
　　关键词:粗山羊草;Glu-D t 1 位点;高分子量谷蛋白亚基;SDS-PAGE
　　中图分类号:S512. 9;S331　　　　文献标识码:A　　　　文章编号:1009-1041(2007)01-0080-04
Allelic Composition of the HMW Glutenin Subunits in Aegilops tauschii
ZHANG Chang-e , LIU Yong , FANG Bin , LUO Jie , HE Guang-yuan
(Chin a-UK HUST-RRes Genetic En gineering and Genomics Joint Labo ratory , Col lege of Li fe S cien ce and Technology ,
H uazhong University of S cien ce and Technology , Wuhan , Hubei 430074 , China)
Abstract:A collection of 47 acce ssions o f Aeg ilops tauschi i was investig ated for the allelic composi tion
of the high mo lecular weight g lutenin subuni ts a t the Glu-D t1 lo cus by SDS-PAGE analy sis. F ive x-
ty pe g lutenin subuni ts (1. 1 t , 1t , 1. 5t , 2 t and 3t) and four y-ty pe subuni ts (10. 1 t , 11 t , 12 t and 12. 4t)
were ident ified , respect ively , acco rding to their ascending mobility . Among them , subunit 1Dx1. 1 t
was one novel x-ty pe glutenin subunit , with the slowe r mobili ty than subunit 1Ax1 does in common
wheat , which implied that i t might be the subunit w ith the largest molecular mass repo rted in the spe-
cie s o f Aegi lops tauschi i . Eight HMW-GS combinat ions (1. 1 t +11t , 1 t +11 t , 1. 5 t +12t , 2t +10.
1t , 2 t +11 t , 2t +12t , 2t +12. 4 t , 3t +11t)were found in these col lection , o f w hich tw o novel combi-
nations (1. 1t +11 t and 2t +12. 4t)were repo rted f irstly in this study .
Key words:Aeg ilops tauschii ;Glu-D t1 lo cus;High molecular w eight g lutenin subunits;SDS-PAGE
　　粗山羊草(Aeg ilops tauschi i Cosson , DD)是
普通小麦(Tiri ticum aestivum L. , AABBDD)D
基因组的供体种 ,它含有丰富的抗病 、抗虫 、抗寒
和优质等优异基因 ,是改良普通小麦的宝贵遗传
资源[ 1] 。深入分析粗山羊草的遗传多样性对于普
通小麦品种改良具有重要意义 。
高分子量麦谷蛋白亚基(HMW-GS)由普通
小麦 Glu-1位点编码 ,决定小麦的加工品质 ,尤其
是 Glu-D1位点编码的亚基与品质的关系非常密
切。但普通小麦 Glu-D1 位点编码的 HMW-GS
等位变异类型相对较少 ,而粗山羊草的 Glu-D t1
位点却存在着丰富的 HMW 麦谷蛋白变异类型 ,
其中很多是普通小麦中不存在的[ 2 ～ 6] 。这些
HMW 麦谷蛋白等位变异 ,为普通小麦的品质改
良提供了丰富的基因资源[ 3 , 7] 。Peňa 等[ 7] 研究发
现 ,粗山羊草 Glu-D t1编码的某些 HMW-GS 组
* 收稿日期:2006-05-25　　　修回日期:2006-08-10
基金项目:国家“ 973”项目(2002CB111302)子课题;国家自然科学基金项目(30370807)。
作者简介:张常娥(1980—),女 ,硕士研究生 ,主要从事生物化学与分子生物学研究。
通讯作者:何光源(1958—),男 ,教授 ,主要从事小麦品质基因工程研究。
合(如 5+12和 1. 5+10)的品质效应 ,要优于普
通小麦中公认的优质亚基组合 5+10。王涛等[ 8]
通过种间杂交(硬粒小麦×普通小麦)获得具有
HMW-GS 5+12的普通小麦新材料 ,经测试发现
该材料的一些品质指标也显著地优于具有优质亚
基 5+10的姊妹系 。本研究应用 SDS-PAGE 技
术 ,分析了 47 份粗山羊草材料的 HMW-GS 组
成 ,以期发现能够用于小麦品质改良的优异亚基。
1　材料与方法
1. 1　材料
47份粗山羊草材料由中国农业科学院作物
科学研究所李秀全 、杨欣明提供(表 1)。HMW-
GS 标准对照材料为中国春(N , 7+8 , 2+12)和 6
份欧洲普通小麦品种 SL-4(1 ,6+8 ,2+12)、S L-6
(N ,7+8 ,5+10)、SL-7(N , 17+18 ,3+12)、S L-8
(N ,6+8 ,2+12)、SL-10(1 ,17+18 , 4+12)、S L-
12(N , 7+9 , 2+12),由英国 Rothamsted研究所
Peter Shew ry 教授提供 。
1. 2　方法
1. 2. 1　HMW 麦谷蛋白的提取
将样品种子碾碎 ,放入 1. 5 mL Eppendorf管
中 ,按 25 μL /mg 加入 0. 625 mo l Tris-HC l(pH
6. 8)样品提取液。溶液中含有 2% SDS , 1. 5%
二硫苏糖醇 ,10%甘油 ,0. 002%溴酚兰 。振荡 3
min ,充分混匀样品与提取液;95℃水浴 5 min ,
12 000 r /min离心 3 min ,取上清液备用 。
1. 2. 2　SDS-PAGE分析和 HMW-GS 的鉴定
采用 Tris-硼酸盐不连续 SDS-PAGE 系统。
分离胶 、浓缩胶的浓度分别为 10. 0%( T =
10. 0%, C =1. 0%)和 4. 0%(T =4. 0%, C =
1. 9%),加样量 15 ～ 20 μL。使用 DYY-Ⅲ-24A
型双面垂直电泳系统 ,稳压条件下电泳 ,初始电压
为 130 V ,待指示剂前沿电泳至分离胶和浓缩胶
交界处 ,调整电压至 240 V ,约电泳 3. 5 ～ 4 h。
0. 1%考马斯亮蓝(溶于 10%三氯乙酸和 40%
甲醇中)轻缓振摇染色过夜。凝胶染色完毕 ,自来
水漂洗 ,直至凝胶背景干净 ,制成干胶 ,用扫描仪
记录结果 。
每份材料随机取 5 粒进行单粒种子的
HMW-GS 组成分析 。亚基命名参照 Lagudah
等[ 2] 、Walliam 等[ 3] 、Gianibelli 等[ 4] 和 Yan 等[ 5]
的文献进行。
2　结果与分析
2. 1　供试粗山羊草的 HMW-GS等位变异
从表 1 和图 1可以看出 ,每份粗山羊草都只
含有 2个 HMW-GS ,即 1个迁移率较慢的 x-型
亚基和1个迁移率较快的 y-型亚基 。供试粗山羊
草中共检测到 5种 x-型亚基和 4种 y-型亚基(表
2)。
　　1. SL-10;2. SL-4;3. RM 0169;4. RM0170;5. RM0173;6. RM0188;7. 中国春 Chines e S pring;8. RM 0205;9. RM0210;10. 中国春
C hinese Sp ring;11. RM0161;12. RM0163;13. RM0177;14. RM0178;15. RM 0179;16. SL-7;17.中国春 Chinese Spring;18 、19. SL-4;20.
SL-8;21.中国春 Chin ese S pring;22. RM0199;23. Y198;24. RM0233;25. RM0217;26. RM0214;27. RM0212;28. RM 0211;29. RM0206;
30. RM0195;31. RM0192;32. RM0191;33. RM0160;34.中国春 Chinese S pring;35. SL-4;36. RM 0207;37. RM0175;38. SL-4;39. SL-6;
40. RM0183;41. RM0182;42. SL-12.
图 1　部分粗山羊草 HMW-GS电泳图谱(图中箭头所示为粗山羊草中的高分子量醇溶蛋白 T1[ 9])
Fig. 1 　Variant x-and y-type HMW-GS in Aegilops tauschii
(Arrows indicate HMW gliadin T1 in the accessions of Aegilops tauschii [ 9])
81 第 1 期　　　　　　　　　　　　　张常娥等:粗山羊草高分子量谷蛋白亚基组成分析
表 1　47 份供试粗山羊草的 HMW-GS组成
Table 1　HMW-GS compositions at the Glu-D t1 locus in 47 accessions of Aegilops tauschii
编号
No.
材料
Accession
亚基组成
Subunit
com bination s
产地
Origin
编号
No.
材 料
A ccession
亚基组成
Subunit
combinat ions
产地
Origin
1 RM0157 2t + 11 t 加拿大 Canada 25 RM0188 1t + 11t 阿富汗 Afghanis tan
2 RM0158 2t + 11 t 加拿大 Canada 26 RM0189 2t + 11t 前苏联 USSR
3 RM0159 2t + 11 t 前苏联 USSR 27 RM0191 2t + 12t 伊朗 I ran
4 RM0160 2t + 12 t 伊朗 Iran 28 RM0192 2t + 12t 伊朗 I ran
5 RM0161 3t + 11 t 前苏联 USSR 29 RM0194 2t + 11t 巴基斯坦 Pakis tan
6 RM0162 2t + 11 t 不祥 Unknown 30 RM0195 2t + 12t 伊朗 I ran
7 RM0163 3t + 11 t 陕西 Shaanxi of C hina 31 RM0198 2t + 11t 阿富汗 Afghanis tan
8 RM0165 2t + 11 t 陕西 Shaanxi of C hina 32 RM0199 2t + 12t 前苏联 USSR
9 RM0166 2t + 11 t 新疆 Xinjiang of China 33 RM0200 2t + 11t 罗马尼亚 Roumania
10 RM0167 2t + 11 t 新疆 Xinjiang of China 34 RM0201 2t + 11t 荷兰 Netherland s
11 RM0169 1. 1t + 11 t 新疆 Xinjiang of China 35 RM0205 2t + 12. 4t 美国 USA
12 RM0170 1. 1t + 11 t 新疆 Xinjiang of China 36 RM0206 2t + 12t 美国 USA
13 RM0172 2t + 11 t 新疆 Xinjiang of China 37 RM0207 1. 5t+ 12t 美国 USA
14 RM0173 1t + 11 t 新疆 Xinjiang of China 38 RM0208 2t + 11t 美国 USA
15 RM0174 2t + 11 t 美国 USA 39 RM0210 2t + 12. 4t 美国 USA
16 RM0175 1. 5t + 12 t 美国 USA 40 RM0211 2t + 12t 美国 USA
17 RM0177 3t + 11 t 河南 Henan of C hina 41 RM0212 2t + 12t 墨西哥M exico
18 RM0178 3t + 11 t 山西 Shanxi of Chin a 42 RM0213 2t + 11t 墨西哥M exico
19 RM0179 2t + 11 t 中东 Middle East 43 RM0214 2t + 12t 墨西哥M exico
20 RM0181 2t + 11 t 新疆 Xinjiang of China 44 RM0217 2t + 12t 墨西哥M exico
21 RM0182 2t + 10. 1 t 前苏联 USSR 45 RM0218 2t + 11t 墨西哥M exico
22 RM0183 2t + 10. 1 t 阿富汗 Afgh anistan 46 RM0233 2t + 12t 伊朗 I ran
23 RM0186 2t + 11 t 前苏联 USSR 47 Y198 2t + 12t 不祥 Unknow n
24 RM0187 2t + 11 t 伊朗 Iran
　　供试粗山羊草 Glu-D t1 位点的 5 种 x-型亚
基 ,按照它们在 10%SDS-PAGE胶上的迁移率 ,
由慢到快依次是:1. 1t 、1 t 、1. 5 t 、2 t 和 3t 亚基 。其
中 ,1 t 、1. 5t 、2 t 和 3 t 亚基已有文献[ 2 ～ 6] 报道 ,而
1. 1
t 亚基未见 报道。 1Dx1. 1 t 亚基 存在于
RM0169 和 RM0170 中 , 在 10% SDS-PAG E 胶
上的迁移率比对照材料 SL-4 中的 1Ax1亚基稍
慢(图 1:泳道 3 和 4)。4 种 y-型亚基 ,按照迁移
率由慢到快依次为:10. 1t 、11t 、12 t 和 12. 4 t ,都已
有文献 [ 2 ～ 6] 报道 。
表 2　 粗山羊草的 HMW-GS组合类型及其频率
Table 2　HMW-GS combinations and their frequencies at
Glu-D t1 locus in 47 accessions of Aegilops tauschii
亚基组合
HMW-GS in
combinations
品种数目
No. of
gen otypes
频率(%)
Frequency
1. 1t+ 11t 2 4. 26
1t+ 11t 2 4. 26
1. 5t+ 12t 2 4. 26
2t+ 10. 1t 2 4. 26
2t+ 11t 21 44. 68
2t+ 12t 12 25. 53
2t+ 12. 4t 2 4. 26
3t+ 11t 4 8. 51
2. 2　供试粗山并草的 HMW-GS组合类型
供试粗山羊草 Glu-D t1位点上的 5种 x-型亚
基和 4种 y-型亚基共组成 8种组合类型 ,即:1. 1 t
+11t 、1 t +11 t 、1. 5 t +12t 、2t +10. 1 t 、2t +11t 、
2t +12t 、2 t +12. 4t 和 3t +11t 。其中 , 1. 1 t +11 t
和 2t +12. 4t 未见报道 。
各亚基组合频率列于表 2。2t +11t 的频率
最高 ,为 44. 68%;其次是 2t + 12t 和 3 t +11 t ,分
别为 25. 53%和 8. 51%;其余 5种亚基组合的频
率较低 ,都为 4. 26%。
3　讨论
在 47份供试粗山羊草材料的 Glu-D t1位点 ,
分别检测到 5种 x-型和 4 种 y-型 HMW-GS ,它
们有 8种亚基组合类型 ,说明粗山羊草 Glu-D t1
位点存在着较广泛的变异 。
1Dx1. 1
t 是在本研究中新发现的 1种 x-型亚
基 ,它在 SDS-PAGE胶上的迁移率比普通小麦中
的 1Ax1亚基稍慢。此前 ,尚未在粗山羊草中报
道迁移率比 1A x1亚基慢的 x-型 HMW-GS 。从
谷蛋白亚基在 SDS-PAGE上的迁移率初步推算 ,
1Dx1. 1 t 亚基有可能是目前在粗山羊草中发现的
分子量最大的 x-型 HMW-GS 。
另外 ,在目前报道的粗山羊草 HMW-GS 中 ,
82 麦　类　作　物　学　报　　　　　　　　　　　　　　　　第 27 卷
有 3 种亚基的迁移率位于普通小麦 1Ax1 和
1Dx2 亚基之间 , 按照迁移率由慢到快依次
是[ 2 ～ 5] :2. 1t 、1. 5t 和 1. 5*t 。Gianibelli等[ 4] 首次
报道了 12. 4t 亚基 , 其亚基组合类型为 2. 1 t +
12. 4t 。而 在本 文所 分析 材料 RM0205 和
RM0210中 ,我们发现了 12. 4 t 亚基 ,其亚基组合
类型为 2t + 12. 4 t ,这种组合类型目前尚无人在
粗山羊草中报道过。
普通小麦中 ,迁移率比 1Ax1亚基慢的亚基
有 1Dx2. 2 和 1Dx2. 2* ,这两个亚基的分布范围
都非常狭窄。 Payne 等[ 10] 研究发现 , 1Dx2. 2 亚
基在日本普通小麦中分布频率很高 ,并认为可能
是普通小麦多倍化过程中发生的罕见不对称交换
事件导致产生了分子量巨大的 1Dx2. 2亚基 。尽
管目前已经报道了相当数量的粗山羊草材料的
HMW-GS 组成 ,但由于在这些材料中没有发现
分子量巨大的 HMW-GS ,所以有数位作者[ 4 ～ 5] 支
持 Payne等[ 10] 的这一假说。然而也有不同看法。
Nakamura认为[ 11] ,既然普通小麦的 D基因组是
由粗山羊草提供的 ,普通小麦中的 1Dx2. 2亚基
可能是通过自然杂交的方式遗传自粗山羊草 。由
于 1Dx2. 2亚基可能较适应日本的环境气候 ,从
而在自然选择中被保留下来 ,造成日本普通小麦
品种 1Dx2. 2亚基频率很高 。虽然从 SDS-PAGE
凝胶的迁移率推算的分子量 , 1Dx1. 1 t 要远小于
1Dx2. 2 ,但从某种意义上讲 ,我们在粗山羊草中
发现的分子量较大的 1Dx1. 1t 亚基 ,为 Nakamu-
ra的假说[ 11] 提供了部分的证据。
已有研究表明 , HMW-GS 基因由 3 个特征
结构域构成:1个中央重复区域及位于其两侧侧
翼的非重复序列 N-末端和 C-末端 。中央重复区
域是蛋白亚基最主要的部分 ,由 2 ～ 3种不同的短
肽重复单位组成 。重复区域 DNA 片段的插入或
缺失 ,会引起短肽重复单位数量的变化 ,从而产生
新等位基因[ 12] 。氨基酸序列分析表明 , 1Dx2. 2
和 1Dx2. 2*亚基是在 1Dx2亚基中央重复区域的
不同部位 ,分别插入 2 段由短肽重复单位组成的
大片段重复序列(132和 186个氨基酸残基)而产
生的[ 12] 。而 HMW-GS 的中央重复区域在小麦
加工品质中起着重要作用 ,具有大的中央重复区
域的 1Dx2. 2和 1Dx2. 2*亚基的品质要优于等位
基因 1Dx2 亚基[ 12] 。由此推测 ,本研究发现的
1Dx1. 1 t 亚基 ,可能具有较好的烘烤品质 。为此 ,
我们正在对其进行克隆 ,以期从分子水平上探究
1Dx1. 1
t 亚基产生的原因并应用基因工程技术验
证它的品质效应。
参考文献:
[ 1]董玉琛 , 郑殿升.中国小麦遗传资源[ M] .北京:中国农业出
版社 , 2000. 156.
[ 2] Lagudah E S , Halloran G M . Phylogen et ic relat ionships of
Tr it icum ta uschi i the D gen om e dono r to hexaploid w h eat. 1.
Variation in HMW subunit s of glu tenin and gliadins [ J ] .
Theor. Appl. Genet. , 1988 , 75(4):592- 598.
[ 3] William M D H M , Peňa R J , M ujeeb-Kazi A. Seed protein
and isozyme variations in Tr it icum tauschi i (Aeg i lop s squar-
rosa) [ J] . Theor. Appl. Genet. , 1993 , 87(1-2):257- 263.
[ 4] Gianib elli M C , Gupta R B , Lafiand ra D , et al . Polym or-
phism of high Mr glutenin su bunit s in Tr it icum tau schi i:
C haracterisation by chromatog raphy and elect rophoretic meth-
ods [ J] . J. Cereal S ci. , 2001, 33(1):39- 52.
[ 5] Yan Y M , Hsam S L K , Yu J Z , et a l. A llelic variat ion of
th e HMW glutenin subuni t s in Aeg i lops tausch ii accession s
detected by sodium dodecyl sulph ate (SDS-PAGE), acid p oly-
acrylamide gel (A-PAGE) and capillary elect rophoresis [ J] .
Euphyt ica , 2003 , 130(3):377- 385.
[ 6] 颜泽洪 , 郑有良 , 万永芳 , 等.粗山羊草高分子量麦谷蛋白新
型亚基的筛选和鉴定[ J] . 四川农业大学学报 , 2001 , 19(3):
197 - 199.
[ 7] Peňa R J , Zarco-H ernandez J , Mujeeb-Kazi A. Glutenin sub-
uni t com positi ons and b read-making qu ali ty characteris tics of
synthetic hexaploid w heats derived f rom Tr it icum tu rg id um
× Tri t icum tausch ii (cos s.) S chm al crosses [ J] . J. Cereal .
S ci. , 1995 , 21(1):15- 23.
[ 8] 王　涛 , 李竹林 , 曾秀英 , 等.具有高分子量麦谷蛋白 5+12
亚基小麦新种质的创造及其特性研究.四川大学学报(自然科
学版), 2000 , 37(增刊):43 - 48.
[ 9] Gianibelli M C , Lagudah E S , Wrigley C W , eta l. Biochemical and
genetic characterizationof a monomeric storage protein(T1) with an
unusually high molecular w eight in Tri ticum tauschi i[ J] . Theor.
Appl. Genet. ,2002 , 104(2-3):497- 504.
[ 10] Payne P I , Holt L M , Law rence G J. Detect ion of a novel
high molecular weight subuni t of glutenin in some Japanese
hexaploid w heats [ J] . J. C ereal Sci . , 1983 ,(1):3 - 8.
[ 11] Nakamura H. Genet ic diversity of hig h-m olecu lar-w eight
g lutenin su bunit composit ions in landraces of hexaploid w heat
f rom Japan [ J] . Eu phytica , 2001 , 120(2):227 - 234.
[ 12] Wan Y F , Yan Z H , Liu K F , et al . Comparative analysi s
of the D genome-encoded high-m olecu lar w eight subunit s of
g lutenin [ J] . Theor. App l. Genet . , 2005 , 111(6):1183 -
1190.
83 第 1 期　　　　　　　　　　　　　张常娥等:粗山羊草高分子量谷蛋白亚基组成分析