全 文 ：文章编号 :100028551 (2000) 0420200206
辐射外源 DNA 导入小麦诱变效果的研究
———后代品系籽粒贮藏蛋白分析
和大麦黄矮病抗性鉴定
李忠杰
(黑龙江省农业科学院作物育种所 ,黑龙江 哈尔滨 150086)
摘 要 :通过花粉管通道法将受照射的中 5 DNA (小偃麦异源 8 倍体 ,抗大麦黄矮病)
导入到受体小麦新克旱 9 ,在 D3～D5 代获得了稳定的 54 个品系。对其籽粒醇溶蛋
白和麦谷蛋白进行电泳出现 3 种变异类型 :第 1 种类型为新谱带的出现或原有谱带
的丢失 ;第 2 种类型为供体谱带的出现 ;第 3 种类型为谱带强度 (深或浅) 发生变化。
根据农艺性状和籽粒贮藏蛋白电泳结果 ,精选 20 份进行毒蚜接种 ,鉴定大麦黄矮病
抗性 ,其中有 7 个品系中抗黄矮病 ;1 个品系 (97 K1077) 高抗黄矮病。可初步认为供
体中 5 的抗大麦黄矮病基因已转化成功。
关键词 :辐射外源 DNA ;花粉管通道法 ;籽粒贮藏蛋白 ;大麦黄矮病
收稿日期 :1999201221
基金项目 :国家自然科学基金 (39370439)
作者简介 :李忠杰 (1963 —) ,男 ,硕士 ,黑龙江省农业科学院育种所副研究员 ,从事小麦外源 DNA 导入和育种工作
采用花粉管通道法将外源 DNA 直接导入植物的技术已经在很多作物的农艺性状改良上
得到卓有成效的应用。新克旱 9 是黑龙江省的第一主栽品种 ,其适应性强 ,高产、稳产 ,高分子
麦谷蛋白亚基组成为 1、7 + 9、2 + 12 ,品质较差且不抗大麦黄矮病。小偃麦异源 8 倍体中 5 正
好具有弥补这两个缺陷的性状 ,其麦谷蛋白亚基组成为 2 3 、7 + 9、5 + 10 ,而且高抗大麦黄矮
病。但是由于抗病基因与一些控制不良性状的基因连锁 ,通过杂交很难选出既高产又抗病的
品种。我们从 1994 年开始提取中 5 的 DNA ,经电离射线照射后 ,导入到受体小麦新克旱 9 ,从
后代中筛选抗大麦黄矮病并具有高分子量 ( HMW)麦谷蛋白优质亚基的品系。
1 材料与方法
外源 DNA 的提取、照射和导入方法见文献[ 1 ]。研究用的组合为中 5 →新克旱 9。该组合
在 D2 代出现了丰富的变异[2 ] ,而且不少变异符合育种目标。在 D3 、D4 和 D5 代分别选出了稳
定的 19、25 和 10 个品系。参考付宾孝等的 A2PA GE 方法[4 ] ,进行了 D3 代品系的醇溶蛋白电
泳 ,并照相。测量出每个谱带迁移距离 ,算出迁移率 (R) ,再以新克旱 9 谱带 R14的平均迁移率
为标准 (作分母) ,算出了每个谱带的相对迁移率 ( Rm) 。参考赵友梅等的 SDS2PA GE 方法[5 ] ,
002 核 农 学 报 2000 ,14 (4) :200～205Acta A gricult urae N ucleatae Sinica
对 D3 、D4 和 D5 代品系进行 HMW 麦谷蛋白电泳 ,并照相 ,统计变异率。综合考虑农艺性状和
籽粒贮藏蛋白电泳结果 ,在 D3 和 D4 的 44 份品系中选出了 20 份材料送到中国农业科学院植
物保护研究所进行黄矮病病毒蚜接种鉴定。
2 结果与分析
211 后代醇溶蛋白电泳谱带的变化
在图 1 中 ,F、N 和 T 泳道为供体对照 ,A、M、S 和 Z 泳道为受体对照。醇溶蛋白电泳各谱
带的编号和相对迁移率如表 1。在 19 个 D3 代品系中 ,8 个品系谱带不同于受体对照。变异主
要发生在分子量高而迁移率小的蛋白质谱带上。上述 8 个品系的醇溶蛋白谱带变化如表 2。
由图 1 和表 2 可知 ,醇溶蛋白具有 3 种变异类型 :11 出现新谱带或者丢失原来谱带 ;21 出现供
体谱带 ;31 谱带强度的变化 (变深或变浅) 。在 8 个品系中 ,96 K814、96 K825 - 1 和 96 K793 发
生变异最多 (8 个谱带) 。供体谱带的第 18 谱带最易在后代中出现。受体的第 9、12、17 和 20
谱带最易在后代中丢失。
图 1 组合中 5 →新克旱 9 的 D3 醇溶蛋白电泳图谱
Fig. 1 The band changes of gliadin in D3 of combination Zhong 5 →Xinkehan 9
A :新克旱 9 (Xinkehan9) B :96k814 C :96k825 - 1 D :96k839 E :96k840
F :96k841 G:中 5 (Zhong5) H :96k842 I :96k845 J :96k846
K:96k848 L :96k849 M :新克旱 9 (Xinkehan9) N :中 5 (Zhong5) O :96k813
P :96k793 Q :96k785 R :96k784 S :新克旱 9 (Xinkehan9) T :中 5 (Zhong5)
U :96k765 V :96k760 - 2 W :96k760 - 1 X:96k748 Y:96k746
Z:新克旱 9 (Xinkehan9)
阿拉伯数字代表电泳谱带顺序。
Arabic numerals indicates the order of gliadin bands.
102 4 期 辐射外源 DNA 导入小麦诱变效果的研究
表 1 图 1 各谱带的编号及相对迁移率
Tabel 1 The code and relative mobilities of bands in Fig11
编号
code
of band
相对迁移率
relative
mobility
编号
code
of band
相对迁移率
relative
mobility
编号
code
of band
相对迁移率
relative
mobility
1 0149 11 0193 21 1142
2 0157 12 0197 22 1144
3 0160 13 0198 23 1156
4 0163 14 1100 24 1165
5 0169 15 1102 25 1174
6 0171 16 1116 26 1178
7 0175 17 1119 27 1188
8 0178 18 1125 28 1195
9 0186 19 1131 29 1198
10 0188 20 1137
表 2 醇溶蛋白谱带变异情况
Tabel 2 The band changes of 8 plant lines
泳道名
code
name
品系
plant
lines
新谱带
new
bands
供体谱带
bands of
donor
丢失谱带
lost
bands
变异谱带数
No. of
varied bands
B 96k814 15 13 18 9 11 12 17 20 8
C 96k825 - 1 15 13 18 9 11 12 17 20 8
P 96k793 13 18 21 12 16 17 20 7
V 96k760 - 2 18 12 16 17 20 22 6
L 96k849 9 12 16 17 4
U 96k765 18 20 22 3
W 96k760 - 1 18 20 22 3
Y 96k746 9 1
212 后代 HMW 麦谷蛋白亚基组成的变化
对 19 个 D3 代、25 个 D4 代和 10 个 D5 代品系进行了麦谷蛋白亚基电泳分析 ,结果如表 3。
在所分析的 54 个品系中 ,27 个品系的 HMW 麦谷蛋白亚基组成发生了变异 ,变异频率为
50 % ;12 个品系丢失了 Glu21A 的 1 ;23 个品系的 Glu21B 的 7 + 9 被 Glu21B 的 7 + 8 取代 ;1 个
品系的 Glu21D 的 2 + 12 被 5 + 10 取代。
表 3 54 个品系 HMW 麦谷蛋白亚基变化
Tabel 3 The glutenin subunits of 54 plant lines
品系
plant lines
Glu2Al
Glu2B1
Glu2D1
品系
plant lines
Glu2Al
Glu2B1
Glu2D1
中 5 Zhong 5 2 3 7 + 9 5 + 10 97 K1075 null 7 + 9 2 + 12
新克旱 9 Xinkehan 9 1 7 + 9 2 + 12 97 K1076 1 7 + 9 5 + 10
96 K746 1 7 + 9 2 + 12 97 K1078 1 7 + 8 2 + 12
96 K748 1 7 + 9 2 + 12 97 K1080 1 7 + 9 2 + 12
96 K760 - 1 1 7 + 9 2 + 12 97 K1082 1 7 + 9 2 + 12
96 K760 - 2 1 7 + 9 2 + 12 97 K1083 null 7 + 8 2 + 12
96 K765 1 7 + 9 2 + 12 97 K1086 null 7 + 9 2 + 12
96 K784 1 7 + 9 2 + 12 97 K1090 1 7 + 8 2 + 12
96 K785 1 7 + 9 2 + 12 97 K1091 null 7 + 8 2 + 12
96 K793 1 7 + 9 2 + 12 97 K1095 null 7 + 8 2 + 12
96 K813 1 7 + 9 2 + 12 97 K1096 1 7 + 8 2 + 12
96 K814 null 7 + 8 2 + 12 97 K1097 1 7 + 8 2 + 12
202 核 农 学 报 14 卷
(续表 3)
品系
plant lines
Glu2Al
Glu2B1
Glu2D1
品系
plant lines
Glu2Al
Glu2B1
Glu2D1
96 K825 - 1 null 7 + 8 2 + 12 97 K1099 null 7 + 8 2 + 12
96 K839 1 7 + 9 2 + 12 97 K1102 1 7 + 8 2 + 12
96 K840 1 7 + 9 2 + 12 97 K1105 1 7 + 9 2 + 12
96 K841 1 7 + 9 2 + 12 97 K1106 1 7 + 8 2 + 12
96 K842 1 7 + 9 2 + 12 97 K1130 1 7 + 9 2 + 12
96 K845 1 7 + 9 2 + 12 97 K1137 1 7 + 8 2 + 12
96 K846 1 7 + 9 2 + 12 98 K1036 null 7 + 9 2 + 12
96 K848 1 7 + 9 2 + 12 98 K1042 null 7 + 8 2 + 12
96 K849 1 7 + 9 2 + 12 98 K1044 1 7 + 8 2 + 12
97 K1045 1 7 + 8 2 + 12 98 K1050 1 7 + 8 2 + 12
97 K1047 1 7 + 9 2 + 12 98 K1056 1 7 + 8 2 + 12
97 K1056 1 7 + 9 2 + 12 98 K1063 1 7 + 9 2 + 12
97 K1067 1 7 + 9 2 + 12 98 K1066 1 7 + 9 2 + 12
97 K1068 1 7 + 9 2 + 12 98 K1075 null 7 + 8 2 + 12
97 K1071 1 7 + 8 2 + 12 98 K1079 null 7 + 8 2 + 12
97 K1072 1 7 + 8 2 + 12 98 K1080 1 7 + 8 2 + 12
注 : 3 为 HMW 麦谷蛋白亚基组成有变化的后代品系。
Note : 3 means the lines with variations in HMW glutenin subunits.
213 后代对大麦黄矮病抗性的变化
由表 4 可知 ,20 个材料中中抗 ( MR) 大麦黄矮病的有 7 个 ,高抗大麦黄矮病的有 1 个
(97 K1099) 。初步认为中 5 的抗大麦黄矮病的基因在 9 个品系得到了不同程度的表达。
表 4 20 个品系的黄矮病鉴定结果
Tabel 4 Resistance to B YDV of 20 lines
品系
lines
病情指数
disease index
(5 月 26 日 ,May 26)
病情指数
disease index
(6 月 8 日 ,J une 8)
病情指数
disease index
(6 月 16 日 ,J une 16)
抗性评价
mark of
resistance
中 5 Zhong 5 1 1 1 R
新克旱 9 Xinkehan 9 3 3 4 S
96 K814 3 3 3 S
96 K825 - 1 3 3 4 S
96 K841 2 2 4 S
96 K849 2 2 3 MR
97 K1045 3 3 3 S
97 K1071 3 3 3 S
97 K1072 3 3 4 S
97 K1076 2 2 + 3 MR
97 K1078 2 3 3 S
97 K1083 3 3 3 S
97 K1086 2 3 4 S
97 K1090 2 2 3 MR
97 K1091 2 2 3 MR
97 K1095 2 2 + 3 MR
97 K1096 2 2 + 3 MR
97 K1097 2 3 3 S
97 K1099 2 2 2 + R
97 K1102 3 3 3 S
97 K1106 2 2 3 MR
97 K1137 2 3 3 S
302 4 期 辐射外源 DNA 导入小麦诱变效果的研究
3 讨 论
醇溶蛋白和麦谷蛋白是主要的胚乳贮藏蛋白。醇溶蛋白和麦谷蛋白的组成由遗传决定 ,
其组分的不同标志着基因组的不同。对面粉特性来说 ,谷蛋白 (主要是 HMW2GS) 决定面筋的
弹性 ,醇溶蛋白决定面团的延展性[6 ] 。
本研究发现 ,导入受照射的外源 DNA 后 ,后代的醇溶蛋白和麦谷蛋白都出现 3 种变异类
型。可以认为 ,新谱带的出现或原有谱带的丢失是诱变作用引起的 ;供体谱带的出现是导入供
体DNA 的结果 ;谱带强度的变化可能是三倍体胚乳中基因剂量效应的结果。大量研究表
明[5、7 ] ,小麦 HMW 麦谷蛋白亚基分 3 组 ,分别由基因 Glu2Al、Glu2B1 和 Glu2D1 编码。由于长
期遗传变异的结果 , Glu2Al 具有 3 个等位基因 (包括 null ,2 3 和 1) , Glu2B1 具有 11 个等位基因
(包括 7 + 8 和 7 + 9) , Glu2D1 具有 6 个等位基因 (包括 5 + 10 和 2 + 12) 。赵友梅等对我国 72
个小麦品种的 HMW 麦谷蛋白亚基进行了研究 ,并对它们为面粉品质所作的贡献进行了评
分[5 ] ,把 5 + 10 的品质得分定为 415 ,把 2 3 和 7 + 8 的品质得分定为 215 ,把 1 的品质得分定为
2 ,把 null 的品质得分定为 115 ,把 7 + 9 和 2 + 12 的品质得分定为 1。本研究证明 ,导入 DNA
的后代的 Glu21B 7 + 9 被 Glu21B 7 + 8 取代或者 Glu21D 2 + 12 被 Glu21D 5 + 10 取代 ,都有助
于改善小麦品质。可见 ,导入具有 HMW 麦谷蛋白优质亚基的供体 DNA 可以有目的地改变
小麦贮藏蛋白组分 ,有望选出优质小麦新品系 (种) 。
小麦病毒病是小麦的主要病害之一 ,北方麦区尤以大麦黄矮病 (B YDV) 为主 ,危害日益严
重。小偃麦是抗黄矮病的重要抗源 ,但其抗病基因往往与一些控制不良性状的基因连锁 ,通过
杂交很难选出既高产又抗病的品种。辛志勇曾利用染色体工程的方法 ,创造出了抗大麦黄矮
病的普通小麦易位系和异源二体附加系[8 ] 。但是 ,由于这些材料具有不良的农艺性状 ,尚未
能直接用于生产。我们通过花粉管通道法 ,把小偃麦异源八倍体中 5 的 DNA 导入到新克旱
9 ,获得了高抗大麦黄矮病的转基因品系 97 K1099 ,其农艺性状优良 ,麦谷蛋白亚基组成为 7 +
8、2 + 12 ,品质性状优于新克旱 9 ,有希望直接用于生产。值得指出的是 ,7 个抗大麦黄矮病的
品系中除 96 K849 外都具有 HMW 麦谷蛋白优质亚基 ,可以初步认为抗大麦黄矮病基因与编
码 HMW 麦谷蛋白优质亚基的基因存在一定程度的连锁。
参考文献 :
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[ 8 ] 辛志勇 ,徐惠君 ,陈孝 ,等. 应用生物技术向小麦导入黄矮病抗性的研究. 中国科学 (B 辑) ,1991 ,1 :36～42
402 核 农 学 报 14 卷
EFFECT OF IRRADIATED EXOGENOUS D NA ON WHEAT
———THE STORAGE PROTEIN VARIATION AND
DESEASE2RESISTANCE OF DESCENDANT L INES
L I Zhong2jie
( Instit ute of Crop B reeding , Heilongjiang Academy of A gricult ural Sciences , Harbin , Heilongjiang prov . 150086)
ABSTRACT :Through pollen2tube path , the irradiated donor D NA ( Zhong No. 5 , agrotriticum)
were introduced into the recipient ( Xinkehan No. 9) , and 54 plant l ines were selected from the
combination Zhong No. 5 →Xinkehan No. 9. There are three variation types of wheat gl iadin and
glutenin :1. appearance of new gel bands or disappearance of recipient′s gel bands; 2. appearance
of donor′s gel bands; 3. the changes of band intensity. According to the agronomic character
and storage protein variation , 20 l ines were selected from 54 plant l ines. BYDV2resistance of
the 20 l ines were tested , and 8 l ines of them showed middle resistance , l ine 97k1099 showed
high resistance , indicating donor′s BYDV2resistance gene were transformed successf ully.
Key words :irradiation on exogenous DNA ; pollen2tube path ; storage protein ; B YDV 502Acta A gricult urae N ucleatae Sinica2000 ,14 (4) :200～205