全 文 ：文章编号:1001-4829(2009)02-0268-03
　　收稿日期:2008-10-31
　　基金项目:教育部创新团队发展计划(IRT0453)
作者简介:蒋　云(1982-), 男, 从事小麦遗传育种研究 , ＊为
通讯作者。
硬粒小麦 -节节麦人工合成种的高分子量
谷蛋白亚基组成及表达分析
蒋　云 1 ,原红军 2 ,王　益 3 ,宣　朴1＊
(1.四川省农业科学院生物技术核技术研究所 ,四川 成都　 610066;2.西藏自治区农牧科学院 ,西藏 拉萨　850032;3.四川农业大
学小麦研究所 ,四川 都江堰　 611830)
摘　要:用十二烷基硫酸钠 -聚丙稀酰胺凝胶电泳方法(SDS-PAGE),分析了 4份天然加倍形成的硬粒小麦 -节节麦人工合成种
的高分子量谷蛋白亚基(HMW-GS)组成。结果表明:4份硬粒小麦 -节节麦人工合成双二倍体 SHW-Z1, SHW-Z2, SHW-Z3, SHW-
Z4的HMW-GS分别为 6+8、 5+12;6+8、 5+10;6+8、 5+12和 6+8、 5+10。其中 , 6+8亚基来自硬粒小麦;5+12, 5+10亚基
分别来自节节麦 As60与 As65。硬粒小麦和节节麦的 HMW-GS呈共显性遗传 ,在合成六倍体小麦背景中均得到了表达 ,且没有出
现变异。表明可通过节节麦与二粒小麦杂交并天然加倍的途径创造桥梁种质 ,将节节麦的优质HMW-GS基因引入普通小麦。
关键词:HMW-GS;节节麦;合成六倍体小麦;品质育种
中图分类号:S512.1+9　　　文献标识码:A
SubunitsCompositionandExpressionofHighMolecularWeight
GlutenininTriticumdurum-AegilopstauschiSyntheticHexaploidWheat
JIANGYun1 , YUANHong-jun2 , WANGYi3 , XUANPu1＊
(1.InstituteofBiological＆NuclearTechnology, SichuanAcademyofAgriculturalSciences, SichuanChengdu610066, China;2.TibetAcade-
myofAgriculturalandAnimalHusbandrySciences, TibetLasa850032, China;3.TriticeaeResearchInstitute, SichuanAgricultureUniversi-
ty, SichuanDujiangyan611830, China)
Abstract:Highmolecularweightgluteninsubunitsamong4samplesofspontaneousdoublinghexaploidwheatderivedfromthecrossbetween
T.durumandAe.tauschiaccessionswereinvestigatedbySDS-PAGEanalysis.Theresultsindicatedthatsubunitsof6+8, 5+12werefound
inSHW-Z1andSHW-Z3;subunitsof6+8, 5+10werefoundinSHW-Z2andSHW-Z4.Subunitsof6+8comefromT.durum.Subunitsof5
+12, 5+10fromAs60 andAs65.TheHMW-GSofAe.tauschiandT.durumcouldexpressinsynthesizedhexaploidwheat.Theresults
showedthatexcelentgenefromAe.tauschiicouldbetransferedintocommonwheatbyspontaneousdoublinghexaploidwheatderivedfrom
T.durum-Ae.tauschihybrid.
Keywords:HMW-GS;Ae.tauschi;Synthetichexaploidwheat;Qualitybreeding
　　高分子量谷蛋白(HMW)是小麦胚乳贮藏蛋白
的重要组成部分 ,约占成熟种子总蛋白量的 10 %,
其数量和质量对小麦面筋含量及烘烤品质密切相
关 [ 1 ～ 3] 。控制小麦高分子量麦谷蛋白亚基的基因位
于第一同源群染色体(1A, 1B和 1D)长臂上 ,分别
命名为 Glu-A1 、Glu-B1和 Glu-D1 ,统称为 Glu-1位
点 。每个位点内都有 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[ 4] 。各位点均有不同数量的等位基因变异 、编
码不同类型的基因 。目前 ,在优质面包小麦育种中 ,
包括国际玉米小麦改良中心在内的一些著名育种机
构都将高分子量谷蛋白亚基组成作为最重要的选择
和评价指标之一[ 5] 。
节节麦(AegilopstauschiCosson., 2n=2x=14,
DD)是普通小麦 D染色体组的供体种 ,具有丰富的
HMW-GS变异类型 [ 6 ～ 8] 。因此广泛地收集 、保存和
评价节节麦资源 ,将有助于促进普通小麦品质的不
断提高。研究发现 ,节节麦中有的种质与四倍体小
麦杂交时 ,杂种 F1代即便未经幼胚培养和秋水仙碱
处理 ,其染色体组也能天然加倍形成双二倍体 ,从而
获得人工合成六倍体小麦 [ 9 ～ 11] 。国内外许多学者
对这种方式形成双二倍体的原因都已有报道 ,并将
268
西　南　农　业　学　报
SouthwestChinaJournalofAgriculturalSciences　　　　　　　　　　　　　　
2009年 22卷 2期
Vol.22　　No.2
DOI :10.16213/j.cnki.scjas.2009.02.028
其运用到普通小麦的改良中[ 9 ～ 11] 。本研究利用硬
粒小麦栽培种 Langdon和 Langdon16与筛选的高抗
穗发芽的节节麦种质 AS60和 AS65进行远缘杂
交 [ 12] ,合成了 4份人工六倍体小麦 SHW-Z1, SHW-
Z2, SHW-Z3和 SHW-Z4,并对这 4份材料的 HMW-
GS的组成和表达作了研究 ,以期明确节节麦中的
HMW-GS组成及其在天然加倍形成双二倍体的背
景下 HMW-GS的表达情况 ,为有效利用该材料于小
麦优质育种提供理论依据 。
1　材料与方法
1.1　试验材料
本实验所涉及的材料包括:节节麦 (Aegilops
tauschiCosson., 2n=2x=14 , DD)2份:As60和
As65;不同来源的硬粒小麦(TriticumdurumL., 2n
=4x=28 , AABB)2份:Langdon和 Langdon16;硬粒
小麦与节节麦杂交后经染色体天然加倍形成的 4份
人工合成小麦 S3 代 (Langdon×As60, Langdon×
As65 , Langdon16 ×As60和 Langdon16 ×As65,分别
命名为:SHW-Z1 , SHW-Z2, SHW-Z3和 SHW-Z4)。
麦谷蛋白标准品种 2份:中国春(N, 7+8, 2+12)和
川育 12(1 , 7+8, 5+10)。所有材料均由四川农业
大学小麦研究所提供 。
1.2　SDS-PAGE电泳
1.2.1　主要药品及试剂 　蛋白提取缓冲液:62.5
mMTris-HClpH6.8, 2 %(W/V)SDS, 10 %(V/V)
甘油 , 2% DTT, 0.002%(W/V)溴酚兰。
SDS-PAGE分析所用分离凝胶浓度为 10 %;浓
缩胶浓度为 3%;染色液为 0.001%考马斯亮蓝 , 25
%异丙醇 , 10%冰醋酸;固定液为 10 %冰醋酸 。
1.2.2　种子蛋白提取及 SDS-PAGE分析　每份材
料取半粒种子研磨成细粉 ,置于 1.5 mL离心管中 ,
按 25μl/g加入蛋白提取缓冲液于室温下 ,震荡混
匀 ,提取 2h。将蛋白样品置于沸水中煮 2min, 8000
r/min离心 5 min后 ,取上清液为点样样品 。
　　SDS-PAGE电泳采用 Tris-硼酸系统 。分离凝
胶经染色 、脱色后进行固定保存 ,照相保存 SDS-
川育 12(1, 7+8, 5+10), As60(5+12), CS(N, 7+8, 2+
12), As65(5+10), SHW-Z2(6+8, 5+10), Langdon(6+8)
图 1　部分材料的 SDS-PAGE分析图谱
Fig.1　SDS-PAGEpaternsofmaterials
PAGE结果。
2　结果与分析
本实验对 4份合成六倍体小麦各随机取 8粒种
子进行分析。对亲本材料的高分子量谷蛋白亚基的
SDS-PAGE分析结果表明 , 2份节节麦表现 2种不同
的 HMW-GS组成 , As60和 As65的亚基组成分别为
5+12和 5+10,而硬粒小麦 Langdon和 Langdon16
的 HMW-GS组成均为 6+8(图 1)。表明节节麦具
有更丰富的 HMW-GS变异 。
　　4份天然加倍形成的硬粒小麦 -节节麦双二倍
体 SHW-Z1, SHW-Z2, SHW-Z3和 SHW-Z4的 HMW-
GS组成分别为 6+8、5+12;6+8、5+10;6+8、5+
12和 6+8、5+10。其中 6+8亚基来自 Langdon和
Langdon16;5+12亚基来自 As60, 5 +10亚基来自
As65。 4份材料的 HMW-GS完全来源于其双亲 ,没
有出现新的条带;亲本中编码 HMW-GS的基因在这
4份合成双二倍体也中均得到表达。每份材料取的
8粒种子均表达一致 ,没有出现变异(图 1、2)。
3　讨　论
　　研究利用节节麦丰富的 Glu-D1位点的优良遗
传变异 ,对于改良普通小麦品质具有重要意义。节
节麦 1D染色体编码的亚基类型十分丰富 ,多达 14
种以上 ,还存在两个比公认的 5 +10亚基更优的
1.5+10和 5+12亚基组合 ,他们能够进一步改良
小麦的烘烤品质[ 6 ～ 8] 。由于节节麦与普通小麦 D
基因组紧密的系统进化关系 ,其他近缘属相比 ,杂交
后代产生的变异较少 ,更有利于某些优良性状转移
到普通小麦中 ,是目前用于普通小麦改良最佳的近
缘物种之一[ 13 ～ 14] 。
节节麦优良基因转育的主要途径有 2种:①采
用普通小麦与节节麦直接杂交转入 [ 15 ～ 16] ;②利用合
成四倍体小麦 -节节麦人工双二倍体的桥梁种
法[ 17 ～ 18] 。 Pena等(1995)以同一硬粒小麦与具有不
同 HMW-GS的节节麦合成了一系列的人工双二倍
体 ,发现节节麦编码的 HMW-GS的基因在人工合成
D1 ～ D8为 SHW-Z1, As60与 Langdon分别是其父 、母本
图 2　部分材料的 SDS-PAGE分析图谱
Fig.2　SDS-PAGEpaternsofmaterials
2692期 　　　　　　蒋　云等:硬粒小麦-节节麦人工合成种的高分子量谷蛋白亚基组成及表达分析
双二倍体中仍然可以表达 [ 17] ;杨武云(1997)通过分
析从 CIMMYT引进的 25份硬粒小麦 -节节麦人工
合成种的 HMW-GS组成 , 也得出相同的结论 [ 18] 。
本研究结果表明 ,实验所采用的硬粒小麦和节节麦
的 HMW-GS基因在经染色体天然加倍而形成的双
二倍体遗传背景下均得到了表达 ,呈共显性遗传 ,且
没有发生任何变异 ,从而表明 ,通过此途径将节节麦
的优良基因导入普通小麦是切实可行的。
本试验所采用的节节麦 As65和 As60的 HMW-
GS组成分别是 5+10和 5+12 ,均为优质亚基 ,而且
这四份材料均具有极强的抗穗发芽特性 ,在四川潮
湿的气候条件下 ,能够避免因穗发芽而导致的品质
劣化和产量降低 [ 19 ～ 20] 。故可以此人工双二倍体为
桥梁将节节麦的优质 HMW-GS和抗穗发芽特性转
入到普通小麦中 ,一是可以改善四川小麦品种普遍
缺乏优质亚基的现状 ,二是希望能够得到较抗穗发
芽的亲本材料 ,从抗性方面提高小麦的品质和产量 。
所以本试验合成的这四份材料在四川小麦的品质改
良中具有重要的利用价值 。将这四分材料与其它亲
本材料杂交将是下一步工作的主要内容。
参考文献:
[ 1]李保云.小麦高分子量谷蛋白亚基的遗传规律及其与小麦品质
性状关系的研究 [ D] .北京:中国农业大学 , 1997.
[ 2] LawrenceGJ, ShepherdKW.Chromosomallocatioinofgenescon-
trolingseedproteinsinspeciesrelatedtowheat[ J].Theor.Appl.
Genet., 1981, 59:25-31.
[ 3] ShewryPR, MiflinBJ.Seedstorageproteinsofeconomicalyimpor-
tantcereals[ J] .AdvCerealSicTechnol, 1985(7):1-84.
[ 4] PaynePI.Geneticsofwheatstorageproteinandtheefectofalelic
variationonbreadmakingquality[ J] .Ann.Rev.PlantPhysiol, 1987,
38:141-153.
[ 5] HeZH, PenaRI, RajaramS.Highmolecularweightgluteninsubunit
compositionofChinesebreadwheat[ J].Euphytica, 1992, 64:11-
20.
[ 6]颜泽洪 ,郑有良 ,刘登才 ,等.粗山羊草高分子量麦谷蛋白新型亚
基的筛选和鉴定 [ J] .四川农业大学学报 , 2001, 19(3):197-
199.
[ 7] WiliamM, PenaRJ, Mujeeb-kazi.Aseedproteinandisozymevaria-
tioninTriticumtauschi(Ae.squarosa)[ J] .TheorApplGenet,
1993, 87:257-263.
[ 8] LagudahESandHalloranGM.PhylogeneticrelationshipsofTritic-
umtauschitheDgenomedonortohexaploidwheat:I.Variationin
HMWsubunitsofgluteinandgliadins[ J] .TheorApplGenet, 1988,
75:592- 598.
[ 9] MatsuokaO, NasudaS.Durumwheatasacandidatefortheunknown
femaleprogenitorofbreadwheat:anempiricalstudywithahighyfer-
tileF1 hybridwithAegilopstauschiCoss.[ J] .TheorApplGenet,
2004, 109:1710-1717.
[ 10]许树军 ,刘大钧.波斯小麦 ×节节麦杂种 F1直接形成双二倍体
的细胞遗传学研究 [ J].作物学报 , 1989, 15(3):251-260.
[ 11] LiuDC, LanXJ, YangZJ, etal.AuniqueAegilopstauschigeno-
typeneedlesstoimmatureembryocultureincrosswithwheat[ J] .Ac-
taBotanicaSinica, 2002, 44(6):708-713.
[ 12] LiuDC, LanXJ, WangZR, etal.EvaluationofAegilopstauschi
Cossonforpreharvestsproutingtolerance[ J] .GeneticResourcesand
CropEvolution, 1998, 45:495-498.
[ 13]贾明娟 ,傅体华 ,任正隆 ,等.簇毛麦与普通小麦杂种后代稳定
品系贮藏蛋白变异分析 [ J] .四川农业大学学报 , 2007, 25(4):
373-378.
[ 14]黄世全 ,徐如宏 ,张庆勤.远缘杂交后代材料的高分子量麦谷蛋
白亚基组成分析 [ J] .麦类作物学报 , 2003, 23(2):23-26.
[ 15] GillBS, RauppWT.DirectgenetictransfersfromAegilopssquaro-
saLtohexaploidwheat[ J].CropScience, 1987, 27:445-450.
[ 16]李振声 ,容　珊 , 钟冠昌.小麦远缘杂交 [ M] .北京:科学出版
社 , 1985.141-145.
[ 17] PenaRJ, ZarcoHernandezJandMujeeb-kaziA.Gluteinsubunit
compositionsandbread-makingqulitycharacteristicsofsynthetichex-
aploidwheatsderivedfromTriticumturgidum×Triticulntauschi
(coss)Schmalcrosses[ J].CerealSciences, 1995, 21:15-23.
[ 18]杨武云 ,胡晓蓉 ,余　毅.从CIMMYT引进节节麦种质的高分子
量谷蛋白亚基组成分析 [ A].第四届全国青年作物遗传育种学
术会文集 [ C].成都:四川科学技术出版社 , 1997.2-5.
[ 19]蒋　云 ,康厚扬 ,周永红 , 等.硬粒小麦 -节节麦人工合成小麦
的穗发芽抗性研究 [ J] .麦类作物学报 [ J].2008, 28(3):397-
401.
[ 20]徐如宏 ,张庆勤.节 -硬 -偏人倍体的核型研究 [ J] .贵州农业
科学 , 2000, 28(4):3-6.
(责任编辑　陈　虹)
270 西　南　农　业　学　报　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　22卷