全 文 ：武汉植物学研究 2007，25(4)：331—334
Journal of Wuhan Botanical Research
转基 因小麦外源优质亚基基因的杂交转育研究
王娜丽，汪越胜，李 举，李三和，何光源
(华中科技大学中英 HUST．RRes基因工程和基因组学联合实验室，武汉 430074)
摘 要：在获得外源品质基因 1Dx5和 ， ，超量表达的转基因小麦的基础上，利用小麦转基因品系‘B72—8-l1b’和
‘B102．1—2’为父本 ，主要以湖北省栽培品种 ‘鄂麦 12’为母本 ，配置杂交组合。杂交后代中采用系谱选择法 ，结合
HMW．GS鉴定 ，研究了转基因小麦外源品质基因在 F。、F 、F，、F 代的传递，并筛选出外源 1Dx5或J 基因保持超
表达的2个新型转基因株系；同时证明了将外源品质基 因向栽培品种转育，是提高小麦优质亚基含量和提高
HMW—GS总量的有效方法之一。
关键词：转基因小麦；超量表达；新种质
中图分类号：$512．1 文献标识码：A 文章编号 ：1000-470X(2007)04-0331-o4
Studies on Transgenes 1Dx5 and 1Axl Transferred into
Elite W heat Cultivars by Cross Breeding
WANG Na—Li，WANG Yue—Sheng，LI Ju，LI San—He，HE Guang—Yuan
(China—UK HUST-RRes Genetic Engincerlng and Genomics Joint Lab，Huazhong University ofScience＆Technology，Wuhan 430074，China)
Abstract：F、0r introducing tI1e transgenes from transgenic wheat‘B72—8一ll b’and ‘B102一1 2’into elite
wheat ines．two wheat crosses had been made n 2002．In e crosses。elite subunits l Dx5 and l Axl were
over—expressed in the male parents‘B72—8一ll b’and ‘B102一l-2’respectively．while the female parent
’Ema 、2’were selected with beter agronomic traits．The expression of exogenous l Dx5 and l Axl gene
in F 1，F2，F3 and F4 generations was tested by SDS—PAGE，then the inheritance paten of the vansgenes
was analysed．Two lines had been selected from the progenies of the crosses in which the subunit l Dx5 or
l Ax l iS over—expressed and the endogenous HMW—GS compositions are diferent from each other．The re—
suits demonstrated that the invoduction of transgenes from transgenic wheat lines into elite varieties by
crossing iS an effective way to vansfer extra HMW —GS gene．
Key words：Transgenic wheat；Over—expression；New germplasm
小麦是我国第二大粮食作物，改良其品质、提高
产量与抗性是我国小麦育种的重要 目标。小麦品质
包括营养品质和加工品质，其中的加工品质与小麦
胚乳中储藏蛋白的组成紧密相关。小麦储藏蛋白包
括麦谷蛋白和醇溶蛋白，醇溶蛋白赋予面团展性，麦
谷蛋白赋予面团弹性。根据分子量的不同，又可以
把麦谷蛋白分为高分子量麦谷蛋白(high molecular
weight glutenin subunit，HMW—GS)和低分子量麦谷
蛋 白 (1ow molecular weight glutenin subunit．LMW—
GS)，其中 HMW—GS与小麦品种的烘烤品质密切相
关 ‘。 ．小麦品质变异的30％ 一70％可归因于高分
子量麦谷蛋白等位亚基的变异。不同的小麦栽培品
种间亚基的数量、等位基因变异类型及基因表达水
收稿日期：2007．O1．29，修回日期：2007-03-05。
基金项目：国家973科技基金项 目(2002CB111302)。
作者简介：王娜丽(1982一)，女 ，硕士，研究方向为基因组学。
通讯作者(E-maiI：hegy@hust．edu．Cn)。
平的差异可导致品种间在加工品质上的多样性。目
前在小麦中发现的 HMW—GS亚基有 20多种，由于
某些编码基因的沉默，每个小麦品种中通常只表达
其中的3～5种。近年来的遗传转化实验表明，通过
向普通栽培小麦品种中导人编码优质亚基的基因
(如 、1Dx5)，可以改善面包烘烤品质 』。而
且转基因技术进一步明确了 1Axl、1Dx5+1DylO等
亚基有利于增加面团弹性，Glu—D1位点上的1Dx5+
lDylO基因的连锁表达对面团品质 的提高尤为明
显 ’⋯ 。
本研究以外源品质基因1Dx5和J J超量表达
的转基因小麦为品质基因供体，与湖北省农艺性状
优良的栽培小麦品种杂交，试图将外源品质基因转
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332 武 汉 植 物 学 研 究 第 25卷
移到国内小麦品种中，获得 1Dx5和lAx1超量表达
的株系，提高 HMW—GS的总含量，特别是优质亚基
含量，为进一步品质育种提供新的优良种质。
l 材料与方法
1．1 杂交亲本
杂交亲本及其 HMW—GS组成见表 1，其中转基
因小麦由中英联合实验室英方合作单位英国洛桑研
究所提供。转基因小麦 ‘B72—8—11b’和‘B102。1-2’
都是由BaⅡ0等u 采用基因枪法通过两个质粒共转
化获得。转化中共同使用的一个质粒是 pAHC25，
携带标记基因 bar和 udiA，上游连接广谱 ubiquitin
启动f；另两个质粒是 Pl1)x5和 PlAxl，分别携带高
分子量麦谷蛋 白基 因 1Dx5和 lAx1。转化受体
‘L88-31’是组织培养、遗传转化的模式品种，只有
17+l8两个高分子质量麦谷蛋白亚基。转基因植
株连续 自交，采用系谱选择法传代，获得 1Dx5和
lAx1基因超表达的T 代纯系。2001年到 2006年
期间，经国家农业部批准，本实验室对上述转基因材
料进行了中间试验、环境释放试验及生产性试验。
同时用此作为杂交组合的父本，提供优质外源基因
Dx5和 。母本‘鄂麦 l2’具有优良农艺性状但
面包烘烤品质较差。希望能通过配制杂交组合的方
法从后代中选育出既有母本优良背景，又具有超量
表达的外源优质亚基的株系。
表 1 杂交组合亲本及其 HMW-GS组成
Table 1 The HMW—GS composition of the
parents in the crosses
杂交亲本
Parents i1
亲本材料豇基组成
The HMW—GS composition of the parents
A I B I D 外源亚基
I玎2_8一『l b
BIO2一II2
‘鄂麦 1 2’
’Emai I2’
1．2 杂交后代检测
2002年配置杂交组合，2003年获得 F 代(种
子)，采用系谱选择法繁殖后代，2004年获得 F：代
(种子)，2005年获得 F 代 (种 子)。采用 SDS—
PAGE技术，检测各世代种子高分子量麦谷蛋 白亚
基组成，包括外源 1Dx5和 lAx1基因的表达。F，代
是广泛分离的群体，检测后将具有不同亚基组成的
种子分别播种，收获 F 代种子。每一类 代种子
检测 l2粒。同时我们还用组织化学法检测了 代
种子中 基因的表达。将检测过的F，代半粒种
子单独播种，收获 F 代种子，每株取 8粒检测其
HMW—GS的组成。
2 结果
2．1 亲本 HMW—GS的鉴定
转基因小麦 ‘B72_8—1lb’的多代种子胚乳通过
SDS PAGE方法检测 HMW—GS组成，结果表明：转基
因纯系与受体对照‘L88—31’相比，增加了3条带，不
同世代问都表现出稳定的传递。转基因小麦‘B102—
1—2’与受体对照‘I_88—31’相比，增加了2条带并稳
定遗传。正如 Baro等_】 报道，这些新带都是外源
基因或其变异体的表达产物。杂交组合中的母本
‘鄂麦l2’的HMW．GS组成为7+8、2+12(见图1)。
2．2 杂交后代检测
2．2．1 亚基组成的检测 对 F，、F：代种子的SDS—
PAGE检测显示，外源品质基因在后代中都呈现显
性表达。F：代是广泛分离的群体，其中出现了不同
的亚基组成。将含有不同亚基的种子分别播种之后
收获 F 代种子。2005年 l0月底对检测过的半粒
小麦及其他材料进行播种，2006年 6月收获 F 代
种子 ，根据连续三代种子 SDS—PAGE检测结果，我
们从杂交后代中筛选出多个遗传稳定的新型转基因
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鞠 端 镧 黛 ⋯ 赫 糍嬲 醚囊 骶 。 。搿 ≈
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澄 ； 誊 馥藤毒
A B
A．泳道 1～3：‘1~8—3l’；4～7：‘B72—8一I I b’；8～11：‘l 102—1—2’．B．泳道 1～4：‘鄂麦 12’；5～7：高分子量麦谷蛋白亚基组成的标准品种
A．Lane 1—3：‘1．88—31’：4—7：‘B724—11 b’；8—11：‘B102—1—2’．B．I Jane I一4：‘Emai 12’：5—7：Standard lines for HMW—GS composition
图 1 杂交组合中亲本的HMW．GS组成
Fig．1 The HMW —GS compositions of parents in crosses
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第4期 王娜丽等：转基因小麦外源优质亚基基因的杂交转育研究 333
嘲 蘩
一
7+8 鬻攀 i
蘩
”
B
A．泳道 1—4：‘鄂麦 12’בB72-8．11 b’后代中纯系；5：‘鄂麦
12’：6：‘B72-8．11 b’。B．泳道 1：‘Bl02—1—2’；2：‘鄂麦 12’：3—
6：‘鄂麦 I2’בB102一I一2’后代中纯系
I nc 1—4：Thc pro~etly of ‘Emai 1 2‘בB72-8—11 b’：5：‘Emai
I2’；6：’B72—8 1 1 b’ B．j lJc I：‘B102—1—2‘；2：‘Emai 12’；3—
6·rhc progeny of‘Emai】2’בB】02一J-2’
图 2 杂交后代中新型纯 系的 HMW-GS组成
Fig．2 The HMW．GS compositions of new lines．selected
from the progenies of crosses
纯系，其中 2个株系经过了大样本鉴定证实。其
HMW．GS组成列于图2。
2．2．2 udiA基因表达 采用组织化学法检测对
代籽粒中进行 GUS检测。共检测种子 552粒，其中
GUS检 测 呈 阴 性 的 95粒，约 占总 检 测 数 的
17．21％；外源基因超量表达同时 GUS检测阴性的
籽粒有 51粒，占总检测数的 9．24％。这些籽粒出
现在‘川 89’בB102．1．2’，‘鄂麦 18’בB102．1．
2’，‘鄂麦 12’בB102-1—2’三个杂交组合中。
3 讨论
小麦是我国第二大粮食作物，其种植面积和总
产量仅次于水稻，是我国重要的商品粮食和战略性
的主要粮食储藏品种。长期以来我国的小麦育种只
重视产量，而忽视籽粒的品质改良，致使我国小麦品
质改良工作落后于欧洲。随着市场经济的发展，人
民生活水平的提高，国内对各种专用粉，如面包粉、
糕点粉的需求 日益增加，而国内专用小麦品质仍不
能满足相应要求。有些国家甚至针对我国小麦、市
场的现状和人们的膳食习惯，发展适合我国市场需
要的小麦品种，以期进一步扩大对我国的出口。加
入世贸组织后，我国优质小麦市场面临更大的挑战，
若不能尽快提高我国小麦遗传改良技术的研究开发
水平，加快优质小麦产业化进程，欧美等国必将在小
麦品质改良方面对我国整个小麦生产带来极大冲
击。我们通过将优质外源品质基因导人国内栽培品
种，发展适合面包加工的小麦品种，并希望相关品种
能获得广泛种植，满足我国对面包小麦的需求。
HMW．GS是面团延展特性的主要决定因素，面
粉烘烤品质与小麦品种的HMW-GS组成、含量的差
异密切相关，近年来的许多遗传转化实验表明了优
质亚基(如 1Axl、1Dx5)对改善小麦面包烘烤品质
的作用。我们的研究成功实现了将外源优质基因导
人国内栽培品种，丰富了国内小麦品种中高分子量
麦谷蛋白的种类，突破了小麦种子中只含 3—5种麦
谷蛋白亚基的界限，其中出现的一些亚基在现有小
麦品种中从未发现过；而且，外源优质基因的表达量
是内源相应基因的5—8倍，为进一步研究麦谷蛋白
的功能及其相互作用提供了极佳的材料。
小麦籽粒中 HMW．GS从质量和数量两个方面
影响着其加工品质。含有不同数量的 HMW-GS的
小麦品种，它们的籽粒蛋白质含量存在差异，即使在
亚基数量相同的情况下，由于不同亚基对加工品质
的贡献不同，也会导致具有相同数量 HMW-GS的品
种在小麦加工品质上较大的差异。我们在研究中创
制的小麦品种不仅改变了本地小麦 HMW-GS组成，
在提高了小麦中HMW-GS含量的同时，也提高了优
质外源亚基 1Dx5和 1Axl在 HMW．GS含量中的比
例。利用新创制的种质，可以在更丰富的背景上研
究小麦中不同HMW．GS组成对加工品质的影响，同
时对研究 1Dx5和 1Axl亚基的功能作用机理具有
重要意义 。
研究 中筛选到了不含 基因的材料类型。
ud／A基因的缺失使基因安全得到进一步的保障，也
使转基因小麦的商品化生产成为可能。
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