全 文 ：·研究报告·
对一粒小麦与野燕麦杂交后代的
高分子量谷蛋白亚基组成分析
杨英仓 ,徐如宏 ,任明见 ,张庆勤
(贵州大学 麦作研究中心 , 贵州 贵阳　550025)
摘　要:以一粒小麦与野燕麦杂交后代中入选遗传性基本稳定的66 个株系为材料 , 用SDS-PAGE电泳方法鉴定
分析其株系的高分子量麦谷蛋白亚基(HMW-GS)组成。结果表明 , 在后代材料中麦谷亚基组成类型丰富。在
Glu-A1、Glu-B1和 Glu-D1 几个位点上分别检测到 2 种 、6种和 3 种不同的亚基类型。其中 , 在 Glu -A1 位点
上 , 1亚基出现频率最高 ,为 87.88%;其次是 null类型 ,为 12.12%;在 Glu-B1位点上20 和7+9 亚基出现频率较
高 ,分别为 42.42%和 34.85%, 同时出现 14+15 优质亚基类型 ,另外 , 还存在一些其它新的亚基组合类型(6＊+
8＊、13+19);Glu-D1 位点上 2+12出现频率最高 ,为 90.91%,并出现了被世界公认的优质亚基 5+10 类型。入
选的 66个株系 , 对条锈病和白粉病免疫。
关键词:小麦;远缘杂交;高分子量麦谷蛋白亚基;SDS-PAGE;品质育种
中图分类号:S512.033　　文献标识码:A　　文章编号:1008-0457(2004)01-0001-04
Compositions analysis of high molecular weight glutenin subunits in a hybrid from Triticum mono-
coccum and wild oat crossing
YANG Ying-cang , XU Ru-hong , REN Ming-jian , ZHANGQing-qin(Research Center of Wheat , Guizhou University , Guizhou
Guiyang 550025 , China)
Abstract:66 plant lines selected from crossing descendants of Triticum monococcum and wild oat were analysed on the compo-
sitions of HMW-GS by using SDS-PAGE method.The results indicated that the compositions of HMW-GS types of the de-
scendants were extremely abundant and 2 , 6 and 3 different HMW-GS types were separately found in Dlu-A1 , Glu-B1 and
Glu-D1.At the Glu-A1 loci , frequency of subunit 1 was the highest(87.88%), the second was“ null”(12.12%);At the
Glu-B1 loci , frequencies of subunits 20(42.42%)and 7+9(34.85%)were relatively high ,meanwhile the high quality sub-
unit 14+15 and other new subunits combining types appeared.The frequency of subunit 2+12 at the Glu-D1 was the highest
(90.91%), and the 5+10 type , a subunit generally accepted as high quality ,was found.The 66 lines were all immune to pow-
dery mildew and yellow rust.
Key words:wheat;distant crossing;HMW-GS;SDS-PAGE;quality breeding
我国小麦育种过去一直把重点放在高产和稳产两个方面 ,品质育种工作起步相当晚 ,育成的优质小麦
品种特别是面包小麦相对较少 。因此 ,选育优质小麦和创新优质种质资源已成为我国小麦育种的当务之
急。
目前小麦品质育种工作的重要筛选指标是选育具有谷蛋白含量高 ,特别是高分子量谷蛋白亚基
(HMW-GS)组成评分高的品种。麦谷蛋白中富含人体必需氨基酸之一的赖氨酸;HMW-GS中所含的 Cys
残基的二硫键赋予面团弹性 ,是影响面粉加工品质和烘烤品质的重要因素[ 1] 。
普通小麦高分子量谷蛋白亚基(HMW-GS)是由小麦的第 1部分同源群染色体上的 3个复合位点控
收稿日期:2003-09-03;修回日期:2003-09-19
基金项目:国家自然科学基金(3935001 , 39570455 , 39960048)和贵州省小麦“十五”攻关资助项目(15001A5-2 , 15001A-9)
作者简介:杨英仓(1980-),女 ,河北人 ,贵州大学麦作研究中心在读硕士 ,研究方向为小麦遗传育种。
山 地农业 生物 学报 　2 3(1):1 ～ 4 , 2 0 0 4
Journal of Mountain Agriculture and Biology
DOI :10.15958/j.cnki.sdnyswxb.2004.01.001
制的 ,分别位于 1A 、1B 、1D的长臂近着丝点处 ,并分别被命名为 Glu-A1 、Glu-B1 、Glu-D1位点 ,每个位
点上有2个紧密连锁的基因 ,分别编码分子量较大的X-型亚基和分子量较小的 Y-型亚基[ 2 ,3] 。不同的
基因其基因组成对小麦生理生化特性及品质有显著影响。充分利用小麦近缘物种是丰富日渐狭隘的遗传
基础 ,提高小麦抗病性 、品质和抗环境胁迫等育种工作的有效途径[ 4～ 6] 。为了寻找新的基因资源 ,为小麦
品质改良提供基础材料 ,本实验用一粒小麦与野燕麦远缘杂交后代应用SDS-PAGE方法对一种质高分子
量谷蛋白亚基(HMW-GS)的组成进行了分析 ,以期发现新的基因资源 ,为小麦品质改良提供理论指导和
物质基础 。
1　材料与方法
1.1　材　料
一粒小麦与葡萄牙野燕麦杂交后代株系共 66个 ,分别编号为株系 1 ～ 株系 66 ,由贵州大学麦作研究
中心提供;中国春 ,从中国农科院品种资源研究所引进 。
1.2　方　法
1.2.1　种子蛋白提取　每份材料取半粒种子研磨成细粉 ,转入 1.5mL 离心管 ,加 250μL 提取液[ dH2O∶
0.5mol·L-1Tris-HCl(pH6.8)∶甘油β∶-巯基乙醇∶0.1g·mL-1SDS=5∶1∶0.8∶0.4∶1.6] ,混匀 ,室温提取 2h以上 ,于
沸水中煮约4min ,冷却至常温后 ,10 000r·min-1离心 9min ,备用 。
1.2.2　凝胶制备　分离胶浓度为体积分数 10%(pH8.8),浓缩胶浓度为体积分数 3%(pH6.8),交联度为
体积分数 2.67%。
1.2.3　电泳　采用 SDS 不连续缓冲系统 ,用 BIORAD公司凝胶电泳系统 ,mini-PROTEAN Ⅱ cell小型电
泳槽进行麦谷蛋白亚基的分离 。取上清点样 8μL ,稳流电泳 ,浓缩胶中每板 3mA ,分离胶中每板 5mA ,直至
溴酚兰离开凝胶 。
1.2.4　染色　于染液 0.4g·L-1考马斯亮蓝 ,0.12g·mL-1三氯乙酸中染色 1d后 ,清水脱色至背景清晰 ,用
OLYMPIA UVP凝胶成像分析系统照相或做干胶长期保存 。
2　结果与分析
2.1　等位亚基分析
以中国春为对照材料 ,对一粒小麦与葡萄牙野燕麦杂交后代 66个株系的高分子量麦谷蛋白亚基进行
鉴定分析 ,亚基命名和分类参照 Payne[ 7]方法。统计结果分别列于表 1 、2 、3;图 1为部分株系的 HMW-GS
组成类型 。
从左至右依次为株系 1 、2 、9 、中国春 、株系 11 、14 、15 、16 、17、18、20 、22 、23 、25 、26、28、34 、43 、56
From right to left:plant line 1, 2 , 9, Chinese Spring , plant line 11 , 14 , 15 , 16 , 17, 18 ,20 , 22 , 23 , 25 , 26, 28 ,34 ,43 , 56
图 1　部分株系的HMW-GS 组成类型
Fig.1　HMW-GS compositions of some plant lines
由表 1和表 2可以看出 ,66个株系在3个位点上共鉴定出 11种不同的高分子量麦谷蛋白亚基类型 ,
其中 Glu-A1 、Glu-B1和 Glu-D1位点上的变异形式分别为 2种 、6种和 3种。
由表 1可知 ,Glu-A1位点上 1亚基出现频率最高 ,为 87.88%。赵和等[ 8]的研究结果表明 ,国内品种
2 山 地 农 业 生 物 学 报　　　　　　　　　　　　　2004年
中 Glu-A1的位点HMW-GS的出现频率最高的是 null亚基(66%),而优质亚基 1 、2＊频率较低 。多数对
烘烤品质效应的研究结果认为 , Glu-A1位点 1与 2＊优于 null[ 9] ;Glu-B1位点上主要以 20和 7+9为主 ,
出现频率分别为 42.42%和 34.85%,同时存在 6＊+8＊、7+8 、13+19三种新的等位基因类型 。其中有 8个
株系携带有 14+15优质亚基 ,这是我国优质面包小麦的主要亚基组成之一[ 10] 。Glu-D1位点上的亚基变
异形式为 2+12;2+12 ,5+10;5+10几种类型。其中含有被世界公认的与小麦面包加工品质呈正相关的
5+10亚基。2+12亚基类型出现最多 ,为 90.91%。
表 1　部分株系的 HMW-GS在不同位点上的变异类型及其频率(2002～ 2003)
Tab.1　Variations and corresponding frequencies of HMW-GS at different loci in some lines
Glu-A1 Glu-B1 Glu-D1
亚基 材料数目 比例(%) 亚基 材料数目 比例(%) 亚基 材料数目 比例(%)
1 58 87.88 20 28 42.42 2+12 60 90.91
null 8 12.12 7+9 23 34.85 5+10 6 9.09
14+15 8 12.12
13+19 2 3.03
表 2　不同株系的高分子量麦谷蛋白亚基组成和抗病性鉴定(2002～ 2003)
Tab.2　HMW-GS compositions and resistance identification of different plant lines
品种(株系) 亚　基　组　成 抗　病　性　鉴　定
A1 B1 D1 条锈病 白粉病
中国春 null 7+8 2+12 　 　　3　5/ 100 3
1 1 14+15 2+12 0 0
2 null 7+9 2+12 0 0
9 1 14+15 2+12 0 0
14 1 13+19 2+12 0 0
15 1 7+9 5+10 0 0
16 1 7+9 5+10 0 0
17 1 7+9 5+10 0 0
18 1 7+9 5+10 0 0
20 1 7+9 5+10 0 0
25 1 14+15 2+12 0 0
26 1 14+15 2+12 0 0
28 1 14+15 2+12 0 0
43 1 6＊+8＊ 2+12 0 0
45 null 7+9 2+12 0 0
50 null 7+9 2+12 0 0
51 1 7+9 2+12 0 0
40 null 20 2+12 0 0
2.2　亚基组合类型及其抗性分析
由表 3可以看出 ,一粒葡的 HMW-GS组合类型很丰富 ,共出现 11种类型。其中 1 、20 、2+12组合类
型最多(27个株系);其次为 1 、7+9 、2+12类型(10个株系);另外 8个株系的亚基组合类型为 1 、14+15 、2
+12携带了我国优质面包小麦的优质亚基 ,有望从其后代中选育出更优质的面包小麦 ,其中 6个株系具
有1 、7+9 、5+10类型 ,亚基组成评分为 9分 ,达到优质面包小麦评分标准。
表 3　部分株系的 HMW-GS的组合类型及材料数目(2002～ 2003)
Tab.3　HMW-GS compositions and corresponding materials quantities in some lines
HMW-GS　　　　组　　　　成　　　　类　　　　型 材料数目
1 7+9 2+12 11
1 7+9 5+10 6
1 14+15 2+12 8
null 7+9 2+12 7
null 20 2+12 27
3第 1期　　　杨英仓 ,等:对一粒小麦与野燕麦杂交后代的高分子量谷蛋白亚基组成分析
3　讨　论
从理论上讲 ,普通小麦应含有 6条HMW-GS谱带 。但由于HMW-GS部分基因处于沉默或不表达状
态 ,事实上 ,一般品种只含有 3 ～ 5条HMW-GS谱带 ,其中 2条由 Glu-D1位点上的基因编码 ,1条或 2条
由 Glu-B1位点上的基因编码 ,1条或 null由 Glu-A1位点上的基因编码[ 11～ 13] 。
所有控制小麦谷蛋白亚基的基因位点中 Glu-D1位点倍受青睐 ,(与其它两个位点 Glu-A1 、Glu-B1
一样 , Glu-D1位点也由两个紧密连锁的基因 Glu-D1x 和 Glu-D1y 组成 ,分别控制分子量较大的 X-型
亚基和分子量较小的 Y-型亚基)因为该位点控制着与小麦烘烤品质密切相关的两个亚基对 5+10 、2+
12
[ 14] 。
赵和等[ 8]的研究结果显示 ,国内品种中 Glu -A1 的位点 HMW-GS 的出现频率最高的是:null亚基
(66%),而优质亚基 1、2＊频率较低。在对烘烤品质效应研究结果中多数认为 Glu-A1位点 ,1与 2＊优于
null;Glu-B1位点7+8 、17+18、13+16 、14+15优于其它亚基 , Glu-B1y位点的等位基因变异 h编码的亚基
对14+15在国外的小麦品种中属比较罕见的变异类型[ 15] ,该亚基对与 Glu -D1d编码的优质亚基对 5+10
一样 ,对面包品质有重要的贡献。G1u-D1位点5+10优于 2+12 ,2+12优于其它亚基。与国外同类品种相
比 ,我国小麦品种蛋白质含量并不低 ,主要是谷蛋白组成较差 ,严重缺少优质亚基(如5+10等)。
谷蛋白亚基在杂种F1呈共显性遗传[ 16] ,孙辉等[ 17]的研究表明 ,当供试亲本在 Glu-D1位点具有不同
的等位基因变异时 ,其杂种 F1都能同时 PCR扩增出 Glu-D1y10和 Glu-D1y12的目标片段 ,表现出明显
的共显性遗传。因此 ,可以选用含优质亚基材料与含有抗性基因的材料或者蛋白质含量高的材料进行杂
交 ,进而选育优质小麦特别是面包小麦 。
用品种间杂交选育兼抗 、丰产性较好的面包小麦难度很大 ,当前我国的推广品种和后备品种基本不抗
白粉病 、条锈病和叶锈病 。由于野生种质资源其特定的生长环境 ,使其具备了适应性强 、耐旱性强 、抗病性
强等诸多普通小麦中所没有的特点 。利用远缘杂交转育野生种中有益基因到普通小麦品种中 ,不失为一
种可行的方法。贵州大学张庆勤教授致力于远缘杂交 ,多年的成功经验告诉我们 ,利用小麦近缘种属远源
杂交可达到预期的效果。
本研究中供试验的一粒葡类型(一粒小麦/葡萄牙野燕麦)是从远缘杂交后代中选育出的 ,亲本含有控
制面包烘烤品质基因 ,一粒小麦含有高蛋白高面筋基因 ,野燕麦有多种小麦病害的抗性基因。实验结果表
明 ,一粒葡类型携带了上述的几乎所有的优质亚基类型 ,变异类型很丰富 ,而且综合丰产性状好 ,且抗多种
病害 。有望从其后代中选育出兼抗 、优质的小麦品种用于生产或提供优质兼抗的核心种质。因此 ,只要克
服了由生殖隔离所引起的杂交不育和杂种不实等问题 ,远缘杂交可以成为小麦品质改良的有效途径。
从实验的结果来看 ,达到了预期的目的。高分子量麦谷蛋白亚基(HMW-GS)组成受遗传基因的控制
且与优质特性相关 ,并且不受环境条件影响 ,是优质遗传特性的生化标记。因此 ,在早期用 SDS-PAGE电
泳方法鉴定分析这些后代的高分子量麦谷蛋白亚基(HMW-GS)组成对材料进行亚基组成分析 ,就可在早
期选择综合性状好且含有优质亚基组合的材料 ,淘汰不良组合;麦谷蛋白电泳分析所需的样品量少(只需
半粒小麦即可 ,用量少不影响对材料的选择)且有快速高效的特点 ,适宜育种的早世代分析选择。
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