全 文 ：山羊草 ( Aegilops )十个种的高分子谷蛋白亚基分析
兰秀锦　郑有良　魏育明　刘登才　周永红
(四川农业大学小麦研究所　四川省都江堰市　 611830)
摘要: 利用 SDS-PAGE技术对山羊草属 10个种的 51份材料进行高分子谷蛋白亚基电泳分析。结果表明 , 10个种各电泳出
2～ 6条带 ,共 17种类型 ,每个种有 1～ 4种类型。 其中 ,有两种 (或以上 )类型的种均为四倍体种。 种内带型间差异较小 ,种
间差异较大 ,并且 ,各个种之间没有相同的类型。
关键词　山羊草属　高分子谷蛋白亚基　电泳
小麦籽粒谷蛋白亚基包括高分子谷蛋白亚基 ( HMW-GS)和低分子谷蛋白亚基 ( LMW-GS)。编码这些亚基的基因位于第一同源
群染色体的长臂上。许多研究已表明 ,不同小麦品种的高分子谷蛋白亚基的组成、数量都存在较大的差异 ,这些差异具有品种的稳定
性和遗传性 ,不受环境和栽培条件的影响。大量研究表明 ,小麦高分子谷蛋白亚基与面包烘烤品质有着密切的关系 [1～ 5]。并认为 ,在
小麦育种上首先应用分子转移的很可能就是麦谷蛋白的基因。目前 ,把培育具有最优高分子谷蛋白亚基组成的小麦新品种作为品质
改良的重要方法已在全世界的许多小麦育种计划中应用。 同时 ,为了寻找更优的高分子谷蛋白亚基 ,育种者已深入到对小麦的原始
供体种—— 二倍体节节麦 (Ae . Tauschii Cosson)的研究 ,并从中发现比 5+ 10亚基更优的 1. 5+ 10和 5+ 12亚基 [6]。 本研究选用与
节节麦同一属的另外 10个种 ,通过对它们进行高分子谷蛋白亚基电泳分析 ,旨在寻找一些新的亚基或亚基组合 ,为其向普通小麦转
移提供依据 ,同时探讨高分子谷蛋白亚基在该属种间的遗传多样性。
表 1　供试材料及带型
序
号
编
号 种名
染色
体组
带
型
序
号
编
号 种名
染色
体组
带
型
1 5 Ae.ovata UM a 27 97 Ae. crassa ( 4X ) DM l
2 7 Ae. ovata UM b 28 98 Ae. crassa ( 4X ) DM m
3 14 Ae. recta UM Un c 29 105 Ae. recta( 4X ) DM l
4 15 Ae. ovata UM Un c 30 104 Ae. crassa ( 4X ) DM n
5 47 Ae .biuncialis UM d 31 139 Ae. crassa ( 6X ) DDM o
6 48 Ae .biuncialis UM e 32 140 Ae. crassa ( 6X ) DDM o
7 49 Ae .biuncialis UM e 33 141 Ae. crassa ( 6X ) DDM o
8 52 Ae .biuncialis UM e 34 142 Ae. crassa ( 6X ) DDM o
9 2 Ae. umbellulata U f 35 106 Ae. ventricosa DUn p
10 3 Ae. umbellulata U f 36 108 Ae. ventricosa DUn p
11 4 Ae. umbellulata U f 37 113 Ae . juvenalis DM U q
12 130 Ae. heldreichii M g 38 114 Ae . juvenalis DM U q
13 35 Ae. triuncialis UC i 39 115 Ae . juvenalis DM U q
14 36 Ae. triuncialis UC h 40 116 Ae . juvenalis DM U q
15 37 Ae. triuncialis UC h 41 117 Ae . juvenalis DM U q
16 38 Ae. triuncialis UC h 42 118 Ae . juvenalis DM U q
17 39 Ae. triuncialis UC h 43 119 Ae . juvenalis DM U q
18 40 Ae. triuncialis UC h 44 120 Ae . juvenalis DM U q
19 41 Ae. triuncialis UC h 45 121 Ae . juvenalis DM U q
20 42 Ae. triuncialis UC i 46 122 Ae . juvenalis DM U q
21 43 Ae. triuncialis UC h 47 123 Ae . juvenalis DM U q
22 44 Ae. heldreichii UC i 48 124 Ae . triuncialis DM U q
23 56 Ae. cylindrica CD j 49 125 Ae . juvenalis DM U q
24 57 Ae. cylindrica CD k 50 126 Ae . juvenalis DM U q
25 58 Ae. cylindrica CD k 51 127 Ae . juvenalis DM U q
26 59 Ae. cylindrica CD k
1　材料与方法
1. 1　实验材料
51份山羊草属材料均由本所收集保存 ,共 10个
种 ,其中 Ae. ovata 2份 , Ae. recta 2份 , Ae .biuncialis 4
份 , Ae. umbellulata 3份 , Ae. heldriechii 1 份 , Ae .
triuncialis 10份 , Ae . cylindrica 4份 , Ae. crassa 8份
(其中 ,四倍体和六倍体各 4份 ) , Ae. ventricosa 2份 ,
Ae. juvenalis15份 (见表 1)。 以中国春和川育 12号电
泳带作为对照 ,以判定各个种高分子谷蛋白亚基所处
的相对位置。
1. 2　方法
1. 2. 1　样品提取
籽粒称重后用样品钳夹碎 ,放入 0. 5ml离心管中 ,
按 1ml加入 10μl的比例加入样品提取液 ( 0. 063mo l /L
T ris -HClp H6. 8, 2% SDS, 5% 巯基乙醇 , 10% 甘油 ,
0. 1% 溴酚蓝指示剂 )。 振荡器上振荡混匀。 室内浸提
2h ,沸水煮 2min,取上清液点样。
1. 2. 2　 SDS-PAGE分析
取 40ml分离胶溶液 (丙烯酰胺 17. 25% 、 N-N甲
叉双丙烯胺 0. 078% , SDS 0. 1% , T ris-HCl 0. 375mo l /
L p H8. 8)加 200μl 10%过硫酸胺和 20μl TEMED,迅
速摇匀 ,灌胶。 凝固后 ,取 10ml浓缩胶溶液 (丙烯酰胺
2. 993% 、 N-N甲叉双丙烯酰胺 0. 043% , SDS 0. 1% ,
T ris-HCl 0. 125mo l / L pH6. 8)加 200μl 10%过硫酸胺
和 7. 5μl TEM ED,摇匀 ,灌胶 ,插好样品梳。 凝固后 ,小心拔出样品梳 ,加入电极缓冲液 ( p H8. 3, T ris0. 023mol /L,甘氨酸 0. 192mol /
L, SDS 0. 1% )。 10m A电流下电泳 2h , 20m A下电泳 18h, 15m A下电泳 2h。 取出 ,用含 45%甲醇、 10%乙酸的 0. 13%考马斯亮蓝
R250染色。 在 25%甲醇、 10%乙醇水溶液中脱色 ,清水漂洗 ,拍照。
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种子　 Seed　 2003年　第 1期　 (总第 127期 )
国家自然科学基金 (编号: 39870547)及省教育厅重点项目。
DOI : 10. 16590 /j . cnki . 1001 -4705. 2003. 01. 052
图 1　山羊草 10个种的 HMW-SG图谱
　　注: CS:中国春 ; CY:川育 12号 ;其余 ,序号与表 1相同。
2　结果与分析
10个种的 51份材料共电泳出 17种类型 ,各材料所属类型列于表 1。每
个种仅有 1～ 4种亚基类型 ,每种类型有 2～ 6条高分子谷蛋白亚基带。 17
种类型中 ,种内的带型差异相对较小 ,而种间的差异较大 ,无相同类型。以中
国春和川育 12号为对照 ,将中国春的 12亚基的相对迁移率 ( RF)设定为
20, 计算出每个亚基的 RF值 (见表 2)。所有类型共出现 18条迁移率不同
的亚基带 ,不同迁移率的亚基带在 18种类型中所占比例列于表 3。 每种类
型的材料份数列于表 4。 下面对这 10个种的亚基类型进行逐一描述。
2. 1　 Ae. umbellulata ( U )和 Ae. heldreichii ( M ):
两个种均为二倍体种。 前者共有 3份材料 ,后者 1份 ,各电泳出 1种类
型 ,分别为 f和 g类型 ,均只有 2条亚基带 ,即 x型和 y型亚基。 其中 , Ae.
umbellutata的 2条亚基 ,其相对迁移率近似于普通小麦中的 1. 1和 12亚
基 ,而 Ae .heldreichii的 2条亚基近似于 2和 12亚基。
2. 2　 Aa. ovata( UM )和 Ae. biuncialis ( UM ):
两个种为染色体组相同的四倍体种。各电泳出 2种类型 ,均为 4条亚基
带。其中 , Ae. ovata的 a类型 4条亚基的相对迁移率分别近似于普通小麦的 1. 1、 2、 7和 10亚基 , b类型分别近似于 1. 1、 2、 8和 12亚
基 ; Ae. biuncialis种的 d类型近似于普通小麦的 1、 5、? (不能确定 )和 10亚基 , e类型则近似于 1、 2、 9和 10亚基。
2. 3　 Ae. triuncialis( UC)和 Ae. eylindrica ( CD):
两个四倍体种均含 C染色体组。14份材料共电泳出 4种类型 ,每个物种各为差异较小的两种类型。 Ae. triuncialis的两种类型均
为 4条带 , h类型近似于? (未知 )、 1、 8、 9亚基 ; i类型型近似于 2. 2、 1、 8、 9亚基 ; Ae. cy lindrica的两种类型均只有 3条带 , j类型近似
于 1. 1、 8和 12亚基 , k类型近似于 1、 8和 12亚基。
表 2　 17种类型高分子谷蛋白亚基电泳谱带
RF
类型
a b c d e f g h i j k l m n o p q
位置相
似亚基
8. 8 + ?
9. 7 + ?
9. 9 + + 2. 2
10. 3 + + + + + 1. 1
10. 6 + + + + + 1
11. 3 + + + + + + + 2
12. 3 + + + + + + 5
12. 6 + ?
14. 2 + + 6
14. 7 + + + 7
15. 0 + + + + 20
17. 1 + + + + + + 8
18. 4 + + + + + 9
19. 6 + + + 10
20. 0 + + + + + + 12
21. 0 + + ?
21. 8 + + + ?
22. 5 + ? 　　
2. 4　 Ae. crassa ( DM和 DDM ):
该种有四倍体和六倍体。其中 ,四倍体的 4份材料
电泳出 3种类型 ,六倍体的 4份材料仅有 1种类型。四
倍体中 , 1类型近似于 5、 7、? , m类型近似于 5、 20、? ; n
类型为 5条带 , 分别近似于 5、 6、 7、 20、?。 三种类型的
最后一条带相同 ,其迁移率大于 12亚基。 六倍体的 o
类型近似于 2、?、 20、 9、 12、?。 最后一条带的迁移率也
大于 12亚基。
2. 5　 Ae. ventricosa ( DUn)、 Ae. recta ( UM Un)和 Ae .
juvenalis( DM U):
三个种均只有 1种亚基类型。其中 ,四倍体的 Ae .
ventricosa 种有 4条带 ,分别近似于普通小麦的 5、 6、
9、? ,最后一条带的迁移率大于 12亚基 ;六倍体种 Ae .
recta有六条亚基带 ,分别近似于?、 2. 2、 2、 5、 8、? ,最后
一条带的迁移率大于 12亚基 ;六倍体种 Ae . juvenalis
只有 3条亚基带 ,分别近似于 1. 1、 2、 8亚基。
表 3　不同相对迁移率 ( RF)
的谱带占 17种类型的频率 ( F)
谱带序号 RF F(% ) 谱带序号 RF F(% )
1 8. 8 5. 9 10 14. 7 17. 6
2 9. 7 5. 9 11 15. 0 23. 5
3 9. 9 11. 8 12 17. 1 35. 3
4 10. 3 29. 4 13 18. 4 29. 4
5 10. 6 29. 4 14 19. 6 17. 6
6 11. 3 41. 2 15 20. 0 35. 3
7 12. 2 35. 3 16 21. 0 11. 8
8 12. 6 5. 9 17 21. 8 17. 6
9 14. 2 11. 8 18 22. 5 5. 9
　　从上述可以看出 ,具有相同染色体组的不同种之间 ,其所控制的
HMW-GS可能存在较大的差异 ,即使是被划为同一个种的不同倍性材料之
间 (如 Ae. crassa的四倍体和六倍体 ) ,也是如此。 从染色体组分类学来看 ,
种的划分是基于形态及染色体组的不同 ,而 HMW-GS的不同是反应染色
体上控制 HMW-GS的基因的不同 ,由于野生种染色体的原始性 ,因而在一
定程度上也间接地反应了种间染色体的差异。
3　讨论
从上述结果看出 ,山羊草这 10个种的 HMW-GS存在着较大差异 ,种
间带型的较大差异和种内带型的相似与 10个种的划分相统一。在本研究的
10个种共 51份材料中 , Ae. crassa 的亚基种类为四种 (含六倍体种 ) , Ae.
ovata、 Ae. biuncialis、 Ae. triuncialis、 Ae. cylindrica各有两种类型 ,其余仅有一种。种内带型贫乏也说明这 10个野生种的 HMW-GS
在群体间遗传多样性较低 ,这与该属的另一个种—— Ae. tauschii ( D)非常不同 ,该种为普通小麦 ( AABBDD) D染色体组的供体种 ,其
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种子　 Seed　 2003年　第 1期　 (总第 127期 )
无论是醇溶蛋白 [7、 8]还是高分子谷蛋白 [9]均存在丰富的遗传变异 ,即使在普通小麦中 , Gli-1D位点也具有很多的变异类型 [10、 11]。 从
而满足了小麦面粉在烘烤面包 ,蒸制馒头 ,制成面条以及各种蛋糕、饼干等各类加工品质方面的不同要求。
表 4　材料及编号
谷蛋白
类型 种　名
染色
体组
份
数
谷蛋白
类型 种　名
染色
体组
份
数
a Ae. ovata UM 1 j Ae. cylin drica C D 1
b Ae. ovata UM 1 k Ae. cylin drica C D 3
c Ae. recta UM Un 2 l Ae. crassa DM 2
d Ae.biuncialis UM 1 m Ae. crassa DM 1
e Ae.biuncialis UM 3 n Ae. crassa DM 1
f Ae. umbel lulata U 3 o Ae. crassa ( 6X ) DDM 4
g Ae.held reich ii M 1 p Ae. ventricosa DUn 2
h Ae. t riuncial is CuC 7 q Ae. ju vena lis DM U 15
i Ae. t riuncial is CuC 3
　　在普通小麦中 , Glu-1A位点的 1亚基或 2亚基 ,
Glu-1B位点的 7+ 8亚基或者说 17+ 18亚基 ,以及 Glu-
1D位点的 5+ 10亚基是烘烤面包的优质亚基 ,然而在
Ae. tauschii中已发现较之更优良的 1. 5+ 10亚基和 5+
12亚基 [6 ]。 由于在自然形成的普通小麦中 ,参与其形成
的各种二倍体种数量有限 ,因而在其野生的原始供体种
乃至近缘种中可能存在着较现有普通小麦更优的
HMW-GS。广泛地收集、测定和评价这些野生资源 ,将有
助于促进普通小麦品质的不断提高。
本研究所涉及的 10个种 ,共出现了 18条不同的高
分子谷蛋白亚基带 ,所谓近似于“普通小麦”的亚基仅表示其大致的电泳位置。 事实上 ,不同染色体组上基因所编码的亚基应视为不
同的亚基。由于这些种的野生性所带来的粒小、硬壳、易断穗轴等 ,直接测定其品质困难较大 ,但即便能够测定 ,也不会比在普通小麦
遗传背景下更能体现其亚基对品质的真实作用。我们将在今后对普通小麦所缺少的亚基组合 ,对已测定的这些种进行与普通小麦的
杂交和固定 ,从而转移这些亚基。 以望能进一步提高普通小麦的加工品质。
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Analysis o f the High-melecular-w eigh t Glutenin
Subunits of the ten Spicies in Aegilops
Lan Xiujin, Zheng Youliang,Wei Yuming, Liu Dengcai, Zhou Yonghong
( Triticea e Resea rch Institute , Sichuan Ag ricultural Univ ersity, Dujiangyan　 611830　 China )
Abstract: The high-melecula r-weight g lutenin subunits ( HMW-GS) of 51 geno types of 10 species in Aegilops w ere analyzed by
sodium dodeeyl suphate-po lyamide gel electropho ric ( SDS-PAGE) method. The results show ed that th ere we re 17 HMW-GS types,
each o f them had 2- 6 bands. There w ere 1- 4 types in the species. The ma jo r species didn t po ssess same types, and their HMW-
GS Similarity w er e low.
Key words　 Aegilops　 HMW-GS　 SDS-PAGE
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种子　 Seed　 2003年　第 1期　 (总第 127期 )