全 文 ：收稿日期:2003-05-06
基金项目:山西省青年科学基金项目(971034);山西省农业科学院博士基金(200301)资助项目
作者简介:唐朝晖(1963-),男 ,山西永济人 ,研究员 ,博士 ,主要从事小麦品质遗传与育种研究工作。
二倍体长穗偃麦草高分子量谷蛋白亚基多态性研究
唐朝晖1 , 2 ,刘守斌2 ,刘少翔1 ,孙　玉1 ,张兰萍1 ,逯成芳1 ,孙善澄1 ,刘广田2
(1.山西省农业科学院作物遗传研究所 ,山西 太原　030031;2.中国农业大学 农学与生物技术学院 ,北京　100094)
　　摘要:二倍体长穗偃麦草(Thinopyrum elongatum)E 组染色体携带有对小麦遗传育种有益的基因。通过 SDS -
PAGE ,分析了 9 份二倍体长穗偃麦草的高分子量谷蛋白亚基类型 , 初步发现有 6 种等位变异类型 , 显示了二倍体长
穗偃麦草 E 组染色体携带有丰富的高分子量谷蛋白亚基(HMW-GS)等位基因类型 , 是普通小麦进行品质改良的重
要基因资源。
关键词:二倍体长穗偃麦草;高分子量谷蛋白亚基;多态性
中图分类号:S512.903.3　　文献标识码:A　　文章编号:1000-7091(2004)01-0034-03
Polymorphism Analysis of High Molecular Weight Glutenin Subunits
(HMW-GS)in Thinopyrum elongatum
TANG Zhao-hui1 , 2 , LIU Shou-bin2 , LIU Shao-xiang1 , SUN Yu1 ,
ZHANG Lan-ping1 , LU Cheng-fang1 , SUN Shan-cheng1 , LIU Guang-tian2
(1.Inst itute of Crop Genetics ,Shanxi Academy of Agriculture Sciences , Taiyuan　030031 ,China;
2.College of Ag ronomy and Bio technology , China Ag riculture University ,Beijing　100094 ,China)
Abstract:Thinopyrum elongatum (2n=14 ,E genome)is a potential genetic resource for w heat improve-
ment.The compositions of high molecular w eight g lutenin subunits(HMW-GS)in 9 Thinopyrum elongatum
were analy zed by SDS-PAGE.There w ere 6 different HMW-GS types to be found.It appears , therefore , that
high molecular w eight glutenin subuni t genes f rom Thinopyrum elongatum coded by E genome are richer.
Thinopyrum elongatum is also an impo tant genet ic resources fo r wheat quality improvement.
Key words:Thinopyrum elongatum ;High molecular weight glutenin subunits(HMW-GS);Polymorphism
　　20世纪 70年代末 ,英国剑桥植物育种研究所
Payne等人 ,用十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺凝胶电
泳(SDS-PAGE)技术分离并确定了组成谷蛋白的两
个主要亚基群 ,即高分子量谷蛋白亚基(HMW-GS)
和低分子量谷蛋白亚基(LMW-GS)。其中高分子
量谷蛋白亚基的含量和组成与小麦的烘烤品质密切
相关[ 1] 。目前 ,对于普通小麦的高分子量谷蛋白亚
基组成已经有了深入细致的研究 ,但对小麦近缘种
属的研究还不多 。对二倍体长穗偃麦草高分子量谷
蛋白亚基的研究 ,以往主要集中在中国春-二倍体
长穗偃麦草双二倍体 、二体异附加系和二体异代换
系上[ 2～ 4] ,而对于野生型二倍体长穗偃麦草高分子
量谷蛋白亚基的研究报道较少。本研究采用十二烷
基硫酸钠聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)技术 ,
鉴定了来自美国国家种质资源库的 9份二倍体长穗
偃麦草的亚基组成特点 ,为进一步利用二倍体长穗
偃麦草潜在的亚基类型提供材料基础 。
1　材料和方法
1.1　供试材料
9 份二 倍体长穗 偃麦 草材料:PI179162 ,
PI251443 , PI255148 , PI276709 , PI308591 , PI308592 ,
PI380626 ,PI469212 ,PI547326。由美国国家种质资源
库 Stephaine教授和 Dave 教授提供 。
华北农学报·2004 , 19(1):34-36
1.2　十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-
PAGE)方法
1.2.1　谷蛋白提取　将单粒种子砸碎后放入 1.5
mL 离心管中 ,加入 1 mL 50%异丙醇 ,60 ～ 65 ℃水
浴 30 min ,弃上清液 ,重复 2次 。加入 160 μL 提取
液B1〔50%异丙醇+0.3%(v/v)DTT〕, 60 ～ 65 ℃水
浴 30 min。加入 160 μL 提取液 B2〔50%异丙醇+
1.4%(v/v)4-乙烯基吡啶〕,60 ～ 65 ℃水浴烷化 60
min , 10 000 r/min 离心 10 min , 取上清液 。加入
600 μL 丙酮 ,45 ℃水浴 30 min , 10 000 r/min 离心
10 min , 弃上清液 。加入 100 μL 样品提取液
〔0.062 5 mol/LTris-HCl , pH 值 6.8 , 5%(v/v)β-巯
基乙醇 ,20%(w/v)SDS ,10%(v/v)丙三醇 ,0.002%
(v/v)溴酚兰〕,40 ℃水浴溶解 1 h。
1.2.2　SDS-PAGE　参考哈密斯等的方法。采用
SDS 不连续缓冲系统 , 分离胶浓度 10%(pH 值
8.8), 浓缩胶浓度 2.5%(pH 值 6.8), 交联度为
2.6%,胶厚 0.75 cm 。电泳缓冲液为 0.025 mol/L
Tris-HCl ,0.192 mol/L 甘氨酸 ,0.001%(v/v)SDS ,
pH 值 8.3。每孔点样量 8 ～ 12 μL , 每板电流 12
mA ,待指示剂泳出胶板后 1 h卸胶。染色液(甲醇∶
乙酸∶水=5∶2∶5 ,0.1%考马斯亮兰)染色过夜 ,蒸馏
水脱色至背景清晰 ,制干胶照相 、扫描保存。
2　结果与分析
每份材料选取 5粒种子 ,由于 PI255148有白粒
和蓝粒两种类型 ,各选取了 5粒种子。
以中国春(null , 7+8 ,2+12)为对照材料 ,对 9
份二倍体长穗偃麦草的高分子量谷蛋白亚基进行鉴
定分析(图 1)。除了 PI547326 材料的 5粒种子高
分子量谷蛋白亚基类型表现一致外 ,其他 8份材料
子粒间的亚基类型都存在差异 ,差异主要表现在亚
基的数目上。
从图 1得到各材料每个子粒的高分子量谷蛋白
亚基条带数(表 1)。可以看出 ,在 9 份材料中 ,有 5
份材料的高分子量谷蛋白亚基条带多于 5 条 ,其中
在材料 PI179162和 PI251443中出现了 6条带 ,在
PI308592出现了 7条和 8条带 。由于亚基条带数
目差异较大 ,使得我们无法全面进行亚基组成类型
的分析。
PI255148蓝粒 、白粒间的亚基类型差异不大 , 9
粒种子高分子量谷蛋白亚基条带数在 1 ～ 2条 ,带型
位于Glu-A1的 1亚基和 Glu-B1的 7亚基之间 ,有 3
种亚基条带 ,分别命名为 e1亚基 、e2 亚基和 e3 亚
基 。其亚基组成类型为:4粒种子只有 e1 亚基 ,3粒
种子只有 e2亚基 ,2粒种子含有 e1和 e2亚基 ,1粒
种子含有 e1和 e3亚基。
1.中 国 春;2 ～ 6.PI179162;7 ～ 11.PI251443;12 ～
16.PI255148(蓝粒);17 ～ 21.PI255148(白 粒);21 ～
26.PI276709;27. 中 国 春;28 ～ 32.PI308591;33 ～
37.PI308592;38 ～ 42.PI380626;43 ～ 47.PI1469212;48 ～
52.PI547326
图 1　二倍体长穗偃麦草的 HMW-HS电泳图谱
　　PI469212四粒种子的亚基组成也由 3种亚基
条带组成 ,其中 1条与 PI255148相同 ,为 e1亚基;1
条与Glu-A1的 1亚基位置相同 ,命名为 e4亚基;另
1条带位于 Glu-D1的 12亚基位置 ,暂命名为 e5亚
基 。其亚基组成为:1粒种子只有 e1亚基 , 3粒种子
含有 e4和 e5亚基。
PI547326只有一种亚基条带类型 , 其位置与
Glu-B1的 9亚基位置相同 ,暂命名为 e6亚基 。
表 1　二倍体长穗偃麦草的高分子量谷蛋白亚基数目
材料 子粒 1 子粒 2 子粒 3 子粒 4 子粒 5
P I179162 3 4 6 4 6
P I251443 4 4 5 6 4
P I255148 1 1 2 1 2
P I255148 2 2 1 2 2
P I276709 5 5 3 4 4
P I308591 5 6 5 5 6
P I308592 4 6 7 2 8
P I380626 2 4 4 3
P I469212 2 1 2 2
P I547326 1 1 1 1 1
　　从 PI255148 ,PI469212和 PI547326的亚基图
谱归类出二倍体长穗偃麦草 Glu-E1有 6种等位基
因变异类型(图 2),即 e1 , e2 , e6 , e1+e2 , e1+e3 , e4
+e5。
1期 唐朝晖等:二倍体长穗偃麦草高分子量谷蛋白亚基多态性研究 35　
1.中国春;2～ 11:PI255148;12～ 16:PI469212;17～ 21:PI547326
图 2　P I255148 、P I469212 和 PI547326 亚基谱带类型
3　讨论
现代农业生产的发展 ,使得栽培小麦的遗传变
异性降低 ,遗传基础狭窄 ,这就使得在小麦近缘种属
中寻找小麦遗传改良的优良基因显得十分重要[ 5] 。
二倍体长穗偃麦草是小麦的近缘种属 ,其 E染色体
组所携带的抗病 、抗旱 、耐盐碱 、对磷元素的高效利
用 ,已在小麦遗传育种中发挥重要作用 。
目前在普通小麦中发现编码优质亚基的基因种
类并不多 ,这就使得人们有必要去开拓新途径 ,寻找
新的优质基因资源。Lagudah等[ 6]在六倍体普通小
麦D 染色体组的二倍体祖先供体种粗山羊草
(Aegilops tauschi i)中 ,发现其 Glu-1D t位点所编码
的谷蛋白亚基有 14种以上的变异类型 ,且大部分为
现有普通小麦中尚没有发现的新类型 。颜泽洪[ 7]
在51份粗山羊草中发现了 3 种 x 型 、3种 y 型和 7
种亚基的组合类型 ,其中的 Dx2.1t 和 Dy13t两种亚
基类型在普通小麦中未见报道 。
本研究对从美国搜集的 9份二倍体长穗偃麦草
的高分子量谷蛋白亚基进行了研究 。结果表明 , 9
份二倍体长穗偃麦草材料中 ,有 5份材料(PI179162 ,
PI251443 ,PI276709 ,PI308591 ,PI308592)的高分子量谷
蛋白亚基数目超过了 5 条 , 有的甚至达到了 7 ～ 8
条。PI380626 亚基数目为 2 ～ 4 条 , PI255148 和
PI469212亚基数目为 1 ～ 2 条 , PI547326的亚基数
目为 1条。二倍体长穗偃麦草是异花授粉植物 ,每
个个体的两个染色体经常处于杂合状态 ,由于每条
染色体上的高分子量谷蛋白基因只编码 x和 y 两种
亚基类型 ,所以杂合的二倍体长穗偃麦草个体出现
的亚基数目最多为 4条。因而亚基数目超过 4条的
5 份 材 料 (PI179162 , PI251443 , PI276709 ,
PI308591 , PI308592)不是二倍体种 ,是四倍体或其
他多倍体种。
对具有 1 ～ 2条亚基的 PI255148 , PI469212和
PI547326二倍体材料的 15个个体进行了亚基组成
分析 ,初步发现有 6 种等位变异类型:e1 , e2 , e6 , e1
+e2 、e1+e3和 e4+e5。由于二倍体长穗偃麦草两
个染色体可能具有杂合性 ,所以 e1+e2 , e1+e3和
e4+e5是 Glu-E1位点的等位变异 ,还是两个 Glu-
E1位点共显性表达 ,现在还不得而知 ,只有将材料
进行自交 ,从自交纯合的后代中进行 SDS-PAGE分
析才能确定其等位变异类型 。
对多倍体偃麦草的谷蛋白亚基组成分析 ,同样
应建立在自交纯合的遗传背景下进行研究 。试验中
的多倍体偃麦草大多也是杂合体 ,含有丰富的亚基
种类。由于偃麦草属(Thinopyrum)和小麦属
(Tri ticum)的高分子量谷蛋白基因来自于一个共同
的祖先 ,所以二者具有很高的同源性[ 2] 。人类对小
麦的人工选择 ,使得大量的高分子量谷蛋白基因的
等位变异类型丢失 ,而偃麦草长期处于自然选择的
环境中 ,保持了大量的高分子量谷蛋白基因的原始
类型 ,可供小麦品质遗传育种所利用 。同时 ,在长期
的进化过程中 ,原来相同的基因类型会产生变异 ,从
而产生新的基因类型。
参考文献:
[ 1] 　Shewry P R , Haltord N J , Tatham A S.High-molecular-
weight subunits of w heat glutenin [ J] .Cereal Chem ,
1992 , 15:105-120.
[ 2] 　Dvo rak J , Kasarda D D , Dietler M D , et al .Chromosomal
location of seed storage protein genes in the genome of E-
lytrigia elongata[ J] .Can J Genet Cyto , 1986 , l28(5):
818-830.
[ 3] 　英　加 , 陈佩度 , 刘大钧.将 Thinopyrum bessarabicum
和 Thinopyrum elongatum 的种质导入普通小麦的研究
[ J] .西北植物学报 , 2000 , 20(3):321-326.
[ 4] 　唐朝晖 ,刘守斌 , 尤明山 ,等.普通小麦背景中长穗偃麦
草高分子量麦谷蛋白基因的表达 、定位与分子标记
[ J] .农业生物技术学报 , 2003 , 11(1):34-39.
[ 5] 　Jauhar P P , Chibbar R N.Chromosome-mediated and di-
rect g ene transfers in w heat[ J] .Genome , 1999 , 42:570
-583.
[ 6] 　Lagudah E S , O′Brien L , Halloran G M.Influence of
gliadin composition and HMW-GS on dough properties in
an F3 population and a bread wheat cross[ J] .J Cereal
Sci , 1988 , 7:33-44.
[ 7] 　颜泽洪 ,万永芳 , 王道文 ,等.一种新型高分子量谷蛋白
亚基的鉴定及其与同源蛋白间氨基酸序列的差异[ J] .
科学通报 , 2001 , 46(9):1454-1459.
36　 华　北　农　学　报 19卷