全 文 ：麦类作物学报　 2005, 25( 4): 29～ 34
Journa l of T riticeae Crops
　
波兰小麦醇溶蛋白遗传变异分析
刘　虹 , 张志清 , 颜泽洪 , 魏育明 , 郑有良
(四川农业大学小麦研究所 ,四川都江堰 611830)
摘　要: 为了解波兰小麦物种的遗传变异水平和种内不同材料间的遗传关系 ,利用 APAGE技术对 72份
来源于全世界的波兰小麦材料醇溶蛋白位点进行了检测。结果表明 ,波兰小麦醇溶蛋白位点存在丰富的变异类
型 ,共产生 48条迁移率不同的醇溶蛋白谱带 ,每个材料具有 8～ 24条不等 ,平均 16. 2条。材料间平均遗传相似
系数 (GS)为 0. 5132,变幅为 0. 1429～ 1. 000。 当 GS水平为 0. 50时 ,所有材料可聚为 4个大类 ,其中 CIt r13919
等 16个来源于埃塞俄比亚的材料均聚在一起 ,而另一大类为 5份来自于葡萄牙的材料。可以认为 , APAGE揭
示的种内遗传关系与其地理分布有一定的相关性。
关键词: 波兰小麦 ; 醇溶蛋白 ; 遗传多样性
中图分类号: S 512. 1; S 331　　　　文献标识码: A　　　　文章编号: 1009-1041( 2005) 04-0029-06
Genetic Variations of Gliadins inTrit icum polonicum L.
LIU Hong, ZHANG Zhi-qing, YAN Ze-hong, WEI Yu-ming, ZHENG You-l iang
( Triti ceae Research Insti tu te, Sich uan Ag ricul tural Universi ty, Dujiangyan, Sich uan 611830, China)
Abstract: In order to investigate the genetic div ersi ty and relationships among Triticum polonicum L. ac-
cessious, the genetic variation of gliadins among 72 accessions collected by Germplasm Resources Informa-
tion Netwo rk ( GRIN) were analy zed by APAGE. The abundant v ariations of gliadin w ere observed, and
48 g liadin bands w ere detected, ranging f rom 8 to 24 bands per accession with the average of 16. 2. The
genetic similarity (GS) varied f rom 0. 1429 to 1, with the average of 0. 5132. At the GS 0. 50 lev el, all ac-
cessions w ere clustered into four g roups. 16 accessions f rom Ethiopia w ere clustered in group I. PI191808
and other 4 accessions f rom Portugal w ere clustered into g roupⅢ . These results suggested that the abun-
dant genetic variations w ere presented among T . polonicum L accessions, and genetic relationships among
T. polonicum L. were associated wi th i ts g eog raphical dist ribution.
Key words: Triticum polonicum L. ; Gliadin; Genetic div ersity; Geog raphical dist ribution
波兰小麦 ( Triticum polonicum L. )是小麦属二粒系的一个重要种 [1 ] ,属四倍体裸粒栽培小麦 ( 2n=
4x= 28, AABB) ,主要分布于地中海沿岸和埃塞俄比亚 ,多与硬粒小麦混生。在叙利亚、土耳其、伊朗、阿
富汗、外高加索和中国等地也有少量种植 [2 ]。一些学者认为波兰小麦可能是杂种起源 [3 ]。 Belea等 [4 ]用伊
斯帕汗小麦 ( T . ispahanicum )与波兰小麦、硬粒小麦、栽培二粒小麦、野生二粒小麦和波斯小麦等四倍体
小麦进行杂交 ,对杂种后代的育性、减数分裂行为和蛋白质含量等进行了分析 ,证实了伊斯帕汗小麦与
波兰小麦的关系最密切。细胞遗传学和分子生物学研究表明 ,波兰小麦与新疆稻麦、东方小麦、硬粒小
麦、圆锥小麦、伊斯帕汗小麦之间有着密切的关系 [ 5～ 9]。同时 ,一些来源于波兰小麦的特异基因也相继发
现并定位 ,如控制长颖性状的 P-Apol1基因、控制红色胚芽鞘的 Rc基因、显性杂种黄化基因 Ch 1、矮秆
基因等 [10～ 15 ]。前人的研究虽然对波兰小麦以及与小麦属中的其它一些种之间的演化起源问题进行了大
量探讨 ,但对于波兰小麦种内不同材料间的遗传关系还缺乏系统研究。
APAGE技术用于检测种子醇溶蛋白 ( Gliadin)编码位点的遗传变异 ,从电泳谱上可发现不同等位
基因间在蛋白谱带数量、相对迁移率、染色强度和分子量大小之间的差异 ,从而进一步揭示材料间的遗
传差异。目前 ,已应用于小麦品种纯度、种质资源遗传多样性、 1B /1R易位系和品种差异分析等研究
中 [16～ 19 ]。 本研究旨在利用 APAGE技术检测波兰小麦不同材料间醇溶蛋白多样性 ,并进一步探讨波兰
收稿日期: 2005-01-06　　　　修回日期: 2005-03-25
基金项目: 高等学校全国优秀博士学位论文作者专项资金项目 ( 200357)。
作者简介: 刘　虹 ( 1976- ) ,女 ,四川省雅安市人 ,硕士研究生 ,主要从事小麦遗传育种研究。
小麦种内不同材料间的遗传关系 ,为更有效地利用这些遗传资源 ,改良普通小麦品种提供理论依据和物
质基础。
1　材料与方法
1. 1　供试材料
来源于美国国家种质资源信息网 ( GRIN)的 72份波兰小麦材料 (表 1) ,按地理来源分为 6个区域
(图 2) ,分别是①北美区 4个材料 ,②南美区 2个材料 ,③ 欧洲区 33个材料 ,④东非及西亚区 25个材
料 ,⑤中亚南亚区 5个材料 ,⑥澳洲区仅 1份材料 ,另有 2份材料 CItr14139, CIt r14140未确定地理来
源。对照为普通小麦中国春 ( CS)。
表 1　 72份波兰小麦材料的地理来源
Table 1　 The geograph ical origin of 72 T . polonicum accessions
编号
No.
材料
Accession
地理来源
Geog raphical di st ribution
编号
No.
材料
Accession
地理来源
Geographical dist ribution
1 PI29447 乌克兰　 Ukrain e 37 PI272566 匈牙利　 Hungary
2 PI42209 澳大利亚　 Aust ralia 38 PI272567 匈牙利　 Hungary
3 PI56261 葡萄牙　 Portugal 39 PI272569 匈牙利　 Hungary
4 PI56262 葡萄牙　 Portugal 40 PI272570 匈牙利　 Hungary
5 C It r13919 埃塞俄比亚　 Ethiopia 41 PI272572 匈牙利　 Hungary
6 C It r14139 未知　 Unknow n 42 PI278647 英国　 England
7 C It r14140 未知　 Unknow n 43 PI286547 厄瓜多尔　 Ecuador
8 C It r14803 埃塞俄比亚　 Ethiopia 44 PI289606 英国　 England
9 C It r14869 埃塞俄比亚　 Ethiopia 45 PI290512 葡萄牙　 Portugal
10 C It r14892 埃塞俄比亚　 Ethiopia 46 PI298572 埃塞俄比亚　 Ethiopia
11 C It r17442 美国加利福利亚　 Cali fornia, Uni ted States 47 PI306548 罗马尼亚　 Romania
12 PI134945 葡萄牙　 Portugal 48 PI306549 罗马尼亚　 Romania
13 PI167622 土耳其　 Turkey 49 PI330554 英国　 England
14 PI185309 阿根廷　 Arg entina 50 PI330555 英国　 England
15 PI190951 西班牙　 Spain 51 PI349051 乔治亚共和国 (前苏联 )　 Georgia
16 PI191808 葡萄牙　 Portugal 52 PI349052 阿塞拜疆　 Azerbaijan
17 PI191810 葡萄牙　 Portugal 53 PI352487 德国　 Germany
18 PI191823 葡萄牙　 Portugal 54 PI352488 意大利　 Italy
19 PI191826 葡萄牙　 Portugal 55 PI352489 塞浦路斯　 Cyprus
20 PI191852 葡萄牙　 Portugal 56 PI361757 丹麦　 Denmark
21 PI191881 葡萄牙　 Portugal 57 PI366117 埃及　 Egypt
22 PI191890 葡萄牙　 Portugal 58 PI384266 埃塞俄比亚　 Ethiopia
23 PI191893 葡萄牙　 Portugal 59 PI384267 埃塞俄比亚　 Ethiopia
24 PI191903 葡萄牙　 Portugal 60 PI384268 埃塞俄比亚　 Ethiopia
25 PI192666 葡萄牙　 Portugal 61 PI384337 埃塞俄比亚　 Ethiopia
26 PI208911 伊拉克　 Iraq 62 PI384338 埃塞俄比亚　 Ethiopia
27 PI210845 伊朗　 Iran 63 PI384339 埃塞俄比亚　 Ethiopia
28 PI223171 约旦　 Jordan 64 PI384341 埃塞俄比亚　 Ethiopia
29 PI225334 伊朗　 Iran 65 PI384342 埃塞俄比亚　 Ethiopia
30 PI225335 伊朗　 Iran 66 PI384343 埃塞俄比亚　 Ethiopia
31 PI245663 阿富汗　 Afghanistan 67 PI384344 埃塞俄比亚　 Ethiopia
32 PI254214 印度　 India 68 PI387457 埃塞俄比亚　 Ethiopia
33 PI254215 伊拉克　 Iraq 69 PI387479 埃塞俄比亚　 Ethiopia
34 PI266846 英国　 England 70 PI566593 美国　 United States
35 PI272564 匈牙利　 Hungary 71 PI608017 美国　 United States
36 PI272565 匈牙利　 Hungary 72 PI629119 美国　 United States
1. 2　 APAGE分析方法
参考郑有良等 [2 0]的方法 ,并稍加改动。刮取少量种子胚乳称重 ,于 1. 5 mL离心管严格按 1 mg∶ 10
μL比例加入样品提取液 ( 25% α-氯乙醇 , 0. 05%甲基绿 ) ,振荡器上混匀 ,室温浸提过夜。电泳前 12 000
·30· 麦　类　作　物　学　报 25卷
r /min离心 10 min,取 5μL上清液点样。采用 SITA于 1986年颁布的 APAGE( pH3. 1)标准程序电泳分
析醇溶蛋白。
1. 3　数据处理
每个材料的电泳谱带按有或无记录 ,电泳谱带存在时赋值 1,否则赋值 0。按 Nei等 [21 ]的方法计算材
料间相似系数 (GS)
GS= 2N i j /(N i+ N j )
其中 N i为 i材料出现的谱带数 ,N j为 j材料出现的谱带数 , Nij为 i材料和 j材料共有的谱带数。 利用
GS值按不加权成对群算术平均法 ( U PGMA)进行遗传相似性聚类分析。 统计分析在 N TSYS-pc2. 1系
统下进行。
2　结果与分析
2. 1　波兰小麦醇溶蛋白遗传变异
APAGE技术分析表明 ,醇溶蛋白在这些材料中存在丰富的变异 (图 1)。在供试材料中 ,共检测到
48条醇溶蛋白带型 ,其中 ω区存在的醇溶蛋白谱带最多 ( 15条 ,占 31. 2% ) ,而 β 区仅存在 9条
( 18. 8% ) ,α区和γ区分别有 11和 13条 ( 22. 9%和 27. 1% )。 每条谱带在材料间的出现频率变幅为
1. 4%～ 90. 3% ,平均为 33. 7%。 每个材料可分离出 8～ 24条迁移率不同的谱带 ,平均 16. 2条 ,其中
PI349051的谱带最少 , CItr14803, CItr17442和 PI191808的谱带最多。
部分材料间醇溶蛋白位点极其相似 ,如 CItr14869与 CItr14892, PI306548与 PI306549, PI384338
与 PI384339, PI384337与 PI384342, PI384337与 PI384344, PI384342与 PI384344, PI629119 与
PI608017,未能利用 APAGE技术进行区分 ,彼此间的醇溶蛋白位点没有遗传差异。 利用 Nei等 [21 ]的方
法计算了 72个波兰小麦材料间的遗传相似系数 (GS)共得到 2 520个 GS值 ,平均 GS为 0. 5132,具有较
大变异幅度 ( 0. 1429～ 1. 000) ,表明波兰小麦种内存在丰富的遗传变异类型。
在 72份材料中 ,有 14份材料 ,即 CItr14869与 CItr14892, PI306548与 PI306549, PI384338与
PI384339, PI384337与 PI384342, PI384337与 PI384344, PI384342与 PI384344, PI629119与 PI608017,
由于彼此间在醇溶蛋白位点上没有差异 ,遗传相似系数为 1. 000;而 PI223171与 PI349051, PI225335与
PI349051之间的遗传相似系数仅为 0. 1429,存在很大的遗传差异。
2. 2　不同地理来源的波兰小麦遗传多样性
对收集的材料按地理来源划分为北美区、南美区、欧洲区、东非及西亚区、中亚南亚区和澳洲区等 6
个不同的地理分布区域。并对每个区域各材料间的遗传相似系数进行分析。结果表明 ,在小麦族物种起
源中心的西亚以及中亚地区 ,波兰小麦材料间的遗传多样性水平较高 ,在这 2个区域中的平均 GS分别
是 0. 5473和 0. 4165,变幅也分别从 0. 1935到 1. 000和 0. 1935到 0. 6061不等。而在北美区平均 GS最
高 ( 0. 6782) ,欧洲区次之 ( 0. 5802)。 澳洲区和南美区由于供试材料较少 ,不具代表性 ,因此未作分析。
2. 3　波兰小麦种内遗传多样性
对供试的 72份波兰小麦的醇溶蛋白遗传距离按 UPGM A法进行聚类 (图 2) ,结合地理来源分析 ,
结果表明 , 72个材料在 GS为 0. 40的水平上可以全部聚为一类。当 GS为 0. 50时 ,所有材料可聚为 4个
大类 ,其中来源于前苏联高加索南部的 PI349051,单独聚为一类。 CItr13919等 16个来源于埃塞俄比亚
的材料与来源于埃及的 PI366117聚在一起 ,且在 GS为 0. 67时 , PI366117与 PI384266等 12份来源于
埃塞俄比亚的材料就已经聚为一类。第 3类是 PI191808等 5份来自于葡萄牙的材料。第 4大类包含了
绝大多数来源于欧洲和北美以及 1份澳大利亚的波兰小麦。这些结果说明 ,利用 APAGE技术揭示出波
兰小麦间的遗传关系与其地理分布有一定相关性 ,且一些来源于同一地区的材料醇溶蛋白带型极其相
似 ,如来源于美国的 PI608017和 PI629119,罗马尼亚的 PI306548和 PI306549,埃塞俄比亚的 CItr14869
与 CItr14892, PI384337、 PI384342和 PI384344, PI384338和 PI384339等 5组材料。
·31·4期 刘　虹等:波兰小麦醇溶蛋白遗传变异分析
图 1　波兰小麦 APAGE醇溶蛋白位点图谱
Fig. 1　 Genetic variat ion of gliadin loci of T . polonicum L. accessions reveal ed by APAGE
3　讨　论
许多波兰小麦与普通小麦杂交后能自然结实 ,后代育性正常。同时波兰小麦具有穗大、粒大、穗粒数
多、分蘖力强、品质好和抗病等许多优良农艺性状 ,因此是改良普通小麦的重要基因资源。长期以来对于
这一重要的原始亲本材料 ,一些学者从经典形态学、生物系统学、细胞遗传学和分子遗传学等领域进行
了广泛研究 ,已发现、定位了一些特异基因 ,并部分应用于普通小麦的遗传改良 [ 10～ 15]。同时还对波兰小
麦物种在小麦属中的生物系统学地位与遗传进化关系进行了系统研究 [3～ 9 ]。刘香利等 [ 22]对野生二粒小
·32· 麦　类　作　物　学　报 25卷
图 2　 72份波兰小麦的 UPGMA聚类结果
Fig. 2　 Culstering resul ts of 72 T . polonicum accessions based on UPGMA method
·33·4期 刘　虹等:波兰小麦醇溶蛋白遗传变异分析
麦、栽培二粒小麦、波兰小麦和墨西里卡进行了 APAGE的比较 ,发现它们的谱带数和组成有很大的差
异 ,并发现波兰小麦与普通小麦杂交后代ω和γ区的谱带数明显多于波兰小麦 ,这是由于它们从普通小
麦中获得了 D组染色体。杨瑞武等 [5 ]采用 APAGE对 9份波兰小麦进行了醇溶蛋白分析 ,结果表明波兰
小麦的醇溶蛋白在种内不同材料间存在较高的多态性 ,可以应用醇溶蛋白图谱来区分不同来源的波兰
小麦分析其种内遗传关系。本研究利用 APAGE技术系统地检测了来自世界范围的 72份波兰小麦。结
果表明 , APAGE技术可以用于分析波兰小麦间的遗传关系 ,其遗传特性与地理分布表现出一致性 ,进
一步证实了上述两位学者的观点。同时由于研究材料收集较多 (包括中亚、北非、欧洲、美洲等区域 ) ,其
结果更具有代表性 ,可以为研究波兰小麦的遗传演化关系提供参考。
从遗传相似系数来看 ,平均值仅 0. 5132,最小值为 0. 1429,说明波兰小麦的醇溶蛋白位点变异类型
丰富 ,波兰小麦材料间存在较大的遗传多样性 ,可以结合抗性、品质和农艺及产量性状表现 ,从中筛选到
一些特异基因资源。从来源看 ,小麦起源中心的西亚 (含东非的埃及等地区 )和中亚地区的遗传相似性最
低 ,说明这些地区可能也是波兰小麦的起源中心 ,应作为进一步收集保存种质资源重点区域。
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·34· 麦　类　作　物　学　报 25卷