全 文 ：麦类作物学报　 2004, 24( 2): 34～ 37
Journa l of T riticeae Crops
　
茸毛偃麦草醇溶蛋白位点向小麦中的导入
李光蓉 1 , 杨足君 1 , 畅志坚 2
( 1. 四川农业大学小麦研究所 , 都江堰 611830;　 2. 山西省农科院作物遗传研究所 , 太原 030031)
摘　要: 为了进一步研究茸毛偃毛草基因向小麦中的导入情况 ,采用种子贮藏蛋白电泳技术对新创制的小麦 -
茸毛偃麦草部分双二倍体 TE-3的醇溶蛋白和谷蛋白亚基组成进行分析 ,发现源自茸毛偃麦草的部分醇溶蛋白特征
带在双二倍体中得到表达。 利用不含 1RS /1BL染色体的四川小麦品种对小麦与茸毛偃麦草的杂种 F1进行连续回
交 ,并结合染色体逐代观察 ,现已获得一批变异类型丰富的种质材料 Y176,对其中农艺性状优良的部分株系 ,如
Y176-12等进行的蛋白电泳分析 ,发现了茸毛偃麦草的特异醇溶蛋白带的导入。
关键词: 茸毛偃麦草 ; 醇溶蛋白 ; 麦谷蛋白 ; 附加系
中图分类号: S 512. 1; S 334. 3　　　　文献标识码: A　　　　文章编号: 1009-1041( 2004) 02-0034-04
Introgression of Gliadin FromThinopyrum intermedium
ssp trichophorum into Common Wheat
LI Guang-rong1 , YANG Zu-jun1 , CHANGZhi-jian2
( 1. Triticeae Research Insti tute, Sichuan Agricultural University, Dujiangyan, Sich uan 611830, China;
2. Crop Genetic Insti tute of Shanxi Academy of Ag ricul tural Sciences, Taiyuan, Shanxi 030031, China)
Abstract: In order to investig ate the int rog ression of Thinop yrum intermedium ssp t richophorum germplasm into
w heat , gliadin and glutenin composi tions of new ly developed whea t-Thinopyrum intermedium ssp.
trichophorum partial amphiploid, TE-3, w ere analyzed by seed sto rage protein electrophoresis. It w as indicated
that some characteristic gliadin bands f rom Thinopyrum intermedium ssp trichophorum were expressed in the
pa rtial amphiploid T E-3. Meanwhile, through continuest ly backcrossing the F1 f rom wheat× Thinopyrum
intermedium ssp trichophorum to Sichuan wheat lines of non 1RS /1BL translocation, a large number of
progenies wi th great g enetic variations w ere obtained after selected by chromosome counting. An advanced lines
Y176, appearing good ag ronomical t rai ts, was used to screen the consti tution of seed storag e protein. Several
characteristic g liadin bands f rom Th. t richophorum were defini tely t ransferred in several deriv ed lines of
Y176-12.
Key words: Th. Trichophorum ; Gliadin; Glutenin; Addi tion lines; Wheat breeding
通过小麦远缘杂交与染色体工程途径创制的新种质资源 ,极大地丰富了小麦的遗传基础。小麦的近缘植
物中 ,以六倍体中间偃麦草和十倍体长穗偃麦草在外源基因的导入及育种上的利用最为成功 [1 ]。 目前已有
10多个小麦黄矮病、花叶病、条锈病、叶锈病和秆锈病等的抗性基因从偃麦草成功转入普通小麦 ,并有小麦
与偃麦草远缘杂交所育成的许多品种大面积推广 [ 2～ 6]。
茸毛偃麦草 ( Thinopyrum intermedium ssp. trichophorum )是中间偃麦草的一个新亚种 ,它对于瘠薄的土
壤和水分条件较之中间偃麦草有更好的适应性 ,在美国已作为优良牧草大面积推广使用 [7 ]。它与普通的中间
偃麦草的不同之处在于其不仅表现为植株穗部和叶片上外被茸毛 ,而且在染色体的异染色质带上也具有明
显的特异性 [8 ]。现已发现 ,茸毛偃麦草除和其它中间偃麦草一样抗小麦锈病和白粉病外 [9 ] ,对小麦赤霉病也
有优良抗性 [10, 11 ] ,是一个极有价值的多抗型基因资源。
我们利用“中国春”小麦对硬粒小麦与茸毛偃麦草的杂种植株进行连续回交 ,经多代自交获得了一个稳
定的小麦—茸毛偃麦草部分双二倍体材料 TE-3[12 ] ,同时也将普通小麦与茸毛偃麦草的杂种连续用普通小
麦回交 ,通过染色体 C带跟踪 ,获得了一批具有茸毛偃麦草染色质 ,且农艺性状较好的中间材料。 本研究通
过种子贮藏蛋白电泳分析 ,旨在追踪所引入的茸毛偃麦草染色体或其片段 ,同时为分离小麦—茸毛偃麦草附
加系、代换系和选育含茸毛偃麦草优良种质的易位系及其异源染色质与小麦之间的部分同源关系的确定提
供蛋白质标记。
收稿日期: 2003-07-11　　　　修回日期: 2003-11-04
基金项目:国家自然科学基金项目 (30170502) ;四川省教育厅预研项目 ( 01LC04)。
作者简介:李光蓉 ( 1974- ) ,女 ,在职硕士 ,主要从事小麦遗传育种工作。
1　材料与方法
1. 1　材料
供体茸毛偃麦草“ PI440043”引自美国农业部谷类作物基因库。 小麦—茸毛偃麦草部分双二倍体新材料
T E-3,经鉴定为接近稳定的八倍体材料 ,它具有完整的小麦染色体和 7对茸毛偃麦草染色体 [12 ]。 Y176是用
不含 1R /1B的四川小麦品种“川育 12”和“繁 6”连续回交小麦与茸毛偃麦草的杂种 F1获得的一系列染色体
数目在 41～ 44条之间 ,农艺性状与四川小麦一致的优良株系群。对照八倍体小偃麦“中 5”由山西省农科院
提供 ,普通小麦材料“中国春”“川育 12”和“繁 6”由四川农业大学小麦研究所保存。
1. 2　方法
1. 2. 1　酸性聚丙烯酰胺凝胶电泳 ( APAGE)分析
小麦种子醇溶蛋白的 APAGE电泳分析主要参照 ISTA推荐方法和颜启传等 [13 ]的方法进行 ,采用 25%
的 2-氯乙醇提取小麦醇溶蛋白 ,用酸性聚丙烯酰胺凝胶电泳 ( APAGE)进行分析 ,种子醇溶蛋白位点分析按
Metakov sky[14 ]建立的等位基因命名系统进行基因位点描述。
1. 2. 2　十二烷基磺酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳 ( SDS-PAGE)分析
SDS-PAGE分析方法主要参照 Ng等 [15 ]的描述。对高分子谷蛋白亚基的编号根据 Payne等 [16 ]提出的命
名标准进行。
2　结果与分析
2. 1　 APAGE分析
依据 Metakov sky[14 ]建立的等位基因命名系统进行基因位点描述 ,中国春的 Gli-1位点为 Gli-A1a, B1a
和 D1a,川育 12则分别为 Gli-A1o, B1m和 D1a位点。其中 ,川育 12在ω区的两条强带和γ区的第一条强带
由 B1m位点控制 (图 1A)。 利用 APAGE方法对茸毛偃麦草 ( PI440043)、部分双二倍体 TE-3、 Y176系群和
普通小麦中国春等的醇溶蛋白进行分析 ,结果表明 ,茸毛偃麦草亲本的醇溶蛋白集中分布在α、β、γ三个区 ,
在ω区分布较少 ,其迁移率均快于中国春 Gli-D1a位点所控制的两条强带 (图 1B)。从 TE-3的醇溶蛋白带的
分布看 , TE-3具有来自中国春的 Gli-1位点 ,即 Gli-A1a, B1a和 D1a。在 TE-3的 β区和γ区段上的其它带与
中国春基本一致 ,但在α区则与中国春和茸毛偃麦草都不相同 ,这可能与培育过程中的基因重组有关。以川
育 12的醇溶蛋白带为对照 , TE-3和茸毛偃麦草在 Gli-B1m区和 γ区之间都同时具有两条带 ,包括一条特别
强 带 (简称带 A)和一条弱带 (简称带 B) ,而在普通小麦“中国春”和 “川育 12”中均不存在。 同时 ,对照
Metakov sky的小麦醇溶蛋白标准带谱 ,未发现在普通小麦中有类似迁移率的带型组合 ,证实该带是亲本茸
毛偃麦草的特异带纹 ,并在部分双二倍体 TE-3中得到表达。在其它有关小麦—中间偃麦草部分双二倍体的
报道中 ,未见有相应的醇溶蛋白标记带的导入。而且 ,通过对小麦与茸毛偃麦草杂交、回交及自交所获得的稳
定材料 Y176系进行醇溶蛋白电泳分析 ,发现在随机调查的 20余个单株中 ,有 7株具有这两条带 ,说明该带
可以稳定传递。
2. 2　 SDS-PAGE分析
供试材料中国春和川育 12的 HMW-GS组成 ,按 Payne[16 ]的分类标准 ,中国春的 Glu-A1, B1, D1分别为
N , 7+ 8, 2+ 12,川育 12的 Glu-A1, B1, D1分别为 1, 7+ 8, 5+ 10。我们将茸毛偃麦草 PI440043,及小麦—茸
毛偃麦草部分双二倍体 TE-3和对照中国春等进行 SDS-PAGE电泳分析 ,由图 2可以看出 ,在茸毛偃麦草
PI440043的高分子谷蛋白亚基区域具有 2条带 ,其中 ,一条分子量约大于中国春 Glu-B1位点上的亚基 7(简
称带 D) ,第二条分子量接近于 Glu-D1位点控制的亚基 12。其后紧接两条强带位于醇溶蛋白区。在低分子量
区 ,茸毛偃麦草具有极强的带型 ,表明茸毛偃麦草种子蛋白的表达具有相对大量的低分子量谷蛋白含量。 对
照 TE-3和中国春的电泳结果 ,在高分子量谷蛋白亚基区 , TE-3带的强度与中国春一致。在醇溶蛋白区约 60
kD处 ,“中国春”的带较弱 ,而在 TE-3中具有与茸毛偃麦草相同位置的强带 (简称带 F) ,可以认为该带是来
自茸毛偃麦草供体亲本。即该带除与中国春的带有相似的迁移率带重叠外 ,仍然得到大量表达。
另外 ,对育成材料 Y176的谷蛋白电泳分析发现具有较大的遗传多样性 ,一些优良亚基组合如 2* , 7+ 8,
5+ 10.其中 ,如图 2所示的 Y176-12-3, Y176-12-6和 Y176-12-7也获得了携带该特异带 F的株系。表明它们
获得了来自茸毛偃麦草的醇溶蛋白位点。同时 ,在 Y176系的 SDS-PAGE电泳分析中 ,我们观察到了许多不
·35·2期 李光蓉等:茸毛偃麦草醇溶蛋白位点向小麦中的导入
A图:中国春 ( 1)和川育 12( 2)的醇溶蛋白 Glu-1的标准带型 ; B图: 1. 中 5; 2. Y176-12-3; 3. Y176-12-6; 4. Y176-12-7; 5. Y176-12-5;
6. Y176-12-8; 7. Y176-12-10; 8. PI440043; 9. TE-3; 10. 中国春 ; 11. 川育 12(箭头示茸毛偃麦草带的位置 )
Fig. 1A shows: the Glu-1 scheme of cultivar Chin ese spring ( 1) and Chuanyu 12
Fig. 1B sh ow s: 1. Zhong 5; 2. Y176-12-3; 3. Y176-12-6; 4. Y176-12-7; 5. Y176-12-5; 6. Y176-12-8; 7. Y176-12-10; 8. PI440043;
9. T E-3; 10. Chinese srping; 11. Chuan yu 12. Arrow indicates th e gliadin bands f rom Th . tr ichophorium
图 1　供试材料的醇溶蛋白电泳图谱
Fig. 1　 Gliadin electrophoretograms
1. Y176-12-3; 2. Y176-12-6; 3. Y176-12-5; 4. Y176-12-7; 5. 中国春 ; 6. 川育 12; 7. T E-3; 8. Y176-12-5; 9. PI440043。 (箭头示带
F所在位置 )
1. Y176-12-3; 2. Y176-12-6; 3. Y176-12-5; 4. Y176-12-7; 5. Chinese spring; 6. Chuanyu 12; 7. TE-3; 8. Y176-12-5; 9. PI440043.
Arrow indicates the posi tion of Band F.
图 2　供试材料的 SDS-PAGE电泳图谱
Fig. 2　 SDS-PAGE separation of seed protein
同类型的高分子量谷蛋白亚基的重组类型 ,筛选到了比较优异的亚基组合。
3　讨 论
在小麦与多年生近缘物种远缘杂交育种过程中 ,小麦 -异源部分双二倍体的培育及其异附加系、异代换
系的分离是一项十分重要的前期工作 [17 ]。对于六倍体中间偃麦草基因资源的转移研究 ,迄今所获得的十余
个普通小麦与中间偃麦草的部分双二倍体中 ,其外源基因组的构成并未完全覆盖中间偃麦草的所有染色
体 [18 ]。同时供体物种中间偃麦草自身极为丰富的遗传多样性和较大的染色体重排 [ 19] ,从而为进一步利用中
·36· 麦　类　作　物　学　报 24卷
间偃麦草种内的重要基因提供了可能。我们将中间偃麦草亚种之一的茸毛偃麦草的基因导入小麦的过程中 ,
获得了一系列的中间材料 ,包括部分双二倍体 TE-3[ 12] ,和一批染色体数目接近小麦的优异材料。将细胞学、
生化和分子标记相结合有利于对这些材料的茸毛偃麦草基因的导入进行准确鉴定。其中种子贮藏蛋白不仅
能提供有用的生化标记 ,而且可望进一步探讨外源基因的导入对小麦品质改良的贡献。
麦醇溶蛋白是麦类植物种子胚乳中的主要贮藏蛋白 ,醇溶蛋白在结构上为单亚基 ,经过 APAGE电泳分
析 ,表现了极其丰富的遗传多样性。醇溶蛋白的编码基因主要位于普通小麦第一部分同源群染色体短臂和第
六部分同源群染色体短臂上 [ 20]。小麦近缘属物种在种子醇溶蛋白基因中也具有丰富的多样性 ,许多物种的
编码基因也位于相应的同源群染色体上。因而在外源物种优异基因的转移中 ,它们可以作为检测外源染色体
的遗传标记用于染色体的遗传操作中。 在转移中间偃麦草的基因资源的种子贮藏蛋白的研究中 ,焦明大
等 [21 ]用 APAGE方法对八倍体小偃麦的电泳分析中发现 ,中 5转移了其中间偃麦草亲本的特征性谱带 ,该特
征带是位于对照品种“中国春” Gli-B1a控制的三条带的上部。本研究获得的小麦 -茸毛偃麦草部分双二倍体
T E-3具有供体亲本茸毛偃麦草的特征带 A和 B,它位于 ω区的下部分 ,与中5引入的偃麦草的醇溶蛋白带
的位置不同。而且我们用 SDS-PAGE电泳方法在部分双二倍体 TE-3的醇溶蛋白区又观察到一条特征带 F,
它也来源于茸毛偃麦草。由于 SDS-PAGE电泳所得的带纹与分子量的大小一致 ,这为我们进行该特异带的
克隆和鉴定带来了方便 ,当然 ,带 F与带 A是否属于同一位点有待研究。我们在 Y176的一些株系中也发现
这两个特征带可稳定传递 ,从而为鉴定携带它们的目标染色体的添加和代换提供了有用的遗传标记。
小麦高分子量谷蛋白的编码基因位于相应小麦染色体长臂上 ,它们与面包烘烤品质的相关性也已获得
广泛共识。在小麦近缘属物种中 ,也存在有大量的高分子量谷蛋白基因变异 [15 ]。在中间偃麦草 J/Js基因组供
体种的谷蛋白编码基因研究中 , Law rence等 [ 22]报道二倍体长穗偃麦草中的高分子量谷蛋白基因位于染色体
1E上 ,其控制的亚基 1Ee位于 7与 8之间。但在我们对供体茸毛偃麦草“ PI440043”的谷蛋白电泳分析中 ,发
现该材料高分子量谷蛋白亚基 D带的分子量却高于亚基 7,明显不同于 1Ee亚基。 我们正在继续用 SDS-
PAGE分析获得的具有茸毛偃麦草种质其它系群材料 ,筛选导入茸毛偃麦草高分子量谷蛋白基因的材料。
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