全 文 ：武汉植物学研究 2006，24(6)：489～492
o1lrna)oj Wuhan Botanical Research
杂交后代中转基因小麦外源 1Axl基因的遗传
丛 玲，汪越胜，汪长东，王娜丽，姚 琴，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：高分子量麦谷蛋白亚基 J J基因是决定小麦加工品质的主效基因之一 ，在小麦胚乳中增加 J J基 因的
表达量可以提高其加工品质，这对于小麦的品质改良具有重要意义。采用外源1Axl基因超量表达的转基因小麦
‘B102—1—2’为父本 ，常规小麦品种‘鄂麦 12’和‘川89—107’为母本进行杂交试验。采用 SDS—PAGE技术检测并分析
各组合亲本、F。代 、F 代的 HMW—GS组成 ，从而研究转基因小麦 ‘B102—1—2’中外源品质基 因 J J表达的遗传规
律。研究结果表明：外源基因有效地整合进入主栽小麦的基因组中，并且正确表达，在 F2代中表现出 15：1的分离
比，遵循孟德尔遗传模式，这对于杂交育种策略的选择制订具有指导意义。
关键词：转基因小麦；J J基因；孟德尔遗传；表达
中图分类号：Q943．2 文献标识码 ：A 文章编号：1000—470X(2006)06—0489—04
Inheritance of the Foreign IAxl Gene in the Diferent Elite
Wheat(Triticum aestivum L．)Varieties
CONG Ling，WANG Yue—Sheng，WANG Chang·Dong，WANG Na·Li，YAO Qin，HE Guang—Yuan
(China—UK HUST-RRes Genetic 驴嘲 and C．enomi~如 Laboratory，Huazhong University of
and Technology，Wuhan 430074，China)
Abstract：The hi g}l molecular weisht glutenin subunit gene， ，iS one of t}le determinant factors of
processing propertaes．increasing the amount an d composition Call improve gram quality．In order to study
t}le inheritance and stability of foreign gene in wheat varieties．t}le crosses between transgenic wheat
lines and elite wheat varieties have been carried out．Transgenic wheat line is ‘B102．1_2’in which the
geBe has expressed an d t}le two elite varieties are ‘Chuan 89．107’and ‘Emai 12’wit}l high yield
and stress—resistance．Th e parents，F1 and F2 generations from two crosses，wit}l male parent being tI．ans．
genic wheat，were tested HMW．GS compositions by SDS．PAGE an alysis，SO as to explore the heredity
0f t}le foreign lAx1 in transgenic wheat line ‘B1O2．1-2’．generated by particle bombardment．Th e results
showed that the foreign lAx1 has been integrated into the target wheat varieties and expressed stably abi．
ding by the Mendelian genetic law，which would be beneficial to wheat breeding program．
Key words：Transgenic wheat； ；Mendelian genetic law；Expression
小麦是世界上最重要的禾谷类作物之一。然而
作为重要的粮食作物，小麦的基因操作到2O世纪
9O年代中期才逐渐开展起来。十多年来，遗传转化
技术体系日渐完善，为小麦品种的遗传改良带来了
契机。以往工作主要集中在利用转基因技术提高小
麦的抗病虫能力和改善小麦加工品质。就目前的研
究而言，小麦的转基因改良通常是直接将外源 目的
基因通过各种手段导人到模式小麦品种的基因组
中，如基因枪转化法、花粉管通道法以及农杆菌转化
法等，而对于非模式小麦的改 良则是通过传统的杂
交方式来选育新的品种。为改善我国主栽品种小麦
的加工品质，可以采用国内优质小麦品种与转基因
小麦杂交，将转基因小麦中超量表达的优质基因转
移至本地小麦基因组中。这种育种计划成败关键在
于转基因小麦中外源基因表达的遗传特性【1]。
小麦籽粒中的高分子量麦谷蛋白亚基(HMW．
GS)是决定面团弹性的主要因素，编码小麦高分子
量麦谷蛋白亚基的1Dx5和 1Axl基因是决定小麦加
工品质的主效基因 I6 J。‘鄂麦 12’和‘川 89．107’
属于半冬性偏春性小麦，它们是再生频率低但农艺
收稿 日期：2006—04-13，修回日期：2006—07—10。
基金项 目：国家973计划项 目(2002CB111301)资助。
作者简介：丛玲(1980一)，女，博士研究生，从事分子生物学与植物基因工程研究；何光源(1958一 )，男，博导，华中科技大学特聘教
授，主要研究方向为分子生物学与植物基因工程。
通讯作者(E-wail：hegy@hust．edu．cn)o
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武 汉 植 物 学 研 究 第 24卷
性状非常优良的主栽小麦品种 转基因小麦‘B102—
1—2’是由Barro等 通过基因枪转化法，将 pAHC25
和 pHMW 1Axl共转化六倍体小麦 ‘L88—31’获得
的。质粒 pAHC25携带有 bar和 uidA两个标记基
因，两基因均由 Ubi广谱性启动子驱动表达；另一质
粒 pHMW IAxl携带小麦高分子量麦谷蛋白亚基
J血 基因，该基因由自身胚乳特异性启动子驱动表
达 通过基因枪转化法轰击 ‘bS8—31’幼胚愈伤组
织，培养再生的植株经筛选得到整合有外源lax1基
因的转基因单株(T． 代)。转基因单株 代所结种
子即为T，代，是分离群体，通过 SDS—PAGE方法，选
择外源 lax1基因超表达的种子，繁殖为 T 代。
1998～2003年间转基因植株连续 自交，采用系谱选
择法传代 ，获得 lAx1基因超表达的T 代纯系，该纯
系小麦面包加工品质优良，虽不适应湖北麦区生态
条件，但仍可作为杂交组合的父本，提供外源超表达
J血 基 因
在本研究中以‘鄂麦 12’和 ‘川 89-107’为母
本，以转基因小麦‘B1Co_一l一2’为父本，希望在杂交后
代中选育 出既有母本优良背景又有超量表达外源
』 』基因的品系，并研究外源J血』基因的遗传规律。
1 材料与方法
1．1 材料
本实验所采用的小麦 (Triticum aestivum L．)品
种为‘鄂麦 12’、‘川89—107’，转基因小麦 ‘B102—1—
2’引自英国洛桑研究所 (Rothamsted Research)，3
种材料均由实验室保存
1．2 方法
1．2．1 杂交组合 本实验材料按常规方法种植，采
用的杂交组合为‘鄂麦 12×B102—1—2’和‘川89—107
XB102．I-2’。2003年配置杂交组合获得 F，代种
子，经过 SDS—PAGE检测除去假杂种；2004年获得
代种子。
1．2．2 蛋白质样品的制备 参考 Shew~等 的方
法，略加修改。将种子碾成粉末后，放人 1．5 mL离
心管中，按每 1mg种子25 提取液的比例加人样
品提取液(0．0625 mol／L Tris—HCI pH为 6．8，2％
SDS，1．5％二硫苏糖醇，10％甘油，0．02％溴酚蓝指
示剂)，涡旋振荡混匀 ，95℃水浴 5 min，3000 r／min
离心3 rain，取上清点样，上样量为 l5 L
1．2．3 十 二 烷 基 硫 酸钠 聚 丙烯 酰 胺 凝 胶 电泳
(SDS-PAGE) 采用不连续分离系统。分离胶溶
液丙稀酰胺浓度为 10％，加入280 bL i0％过硫酸
铵和 12．5 tL TEMED．浓缩胶溶液丙稀酰胺浓度为
2％ 130 V下稳压电泳至指示带迁移至分离胶和
浓缩胶的交界处，调节电压至240 V继续电泳，直至
指示剂迁移至琼脂条以下。取出分离胶部分，用含
40％甲醇、10％三氯乙酸的0．1％考马斯亮蓝 R250
染色，然后流水脱色。制成干胶，用扫描仪扫描干胶
记录结果
1．2．4 高分子量麦谷蛋白亚基 的确定及品质评
分 HMW—GS亚基的编号以及亚基品质评分标准参
照 Paynetsj的方法进行
2 结果
2．1 亲本与杂交F 代 HLMW-GS的遗传鉴定
转基因小麦‘Bl02一l_2’经连续多代 自交与选
择 ，获得 J基因超表达的T 代纯系，作为2个杂
交组合的父本。多代种子胚乳通过SDS-PAGE方法
检测HMW—GS组成。结果表明：转基因纯系除含有
受体对照‘L88-31’相同的 l7+I8亚基之外，还增加
了1条带+为 1号亚基(图 1)。正如 Barro等 报
道 ，这条带是外源 lAx1基因的表达产物，转基因小
麦面筋弹性和面包体积都得到了大幅度改善，证明
1Axl基因对于面粉加工性能有决定性作用
I 2 3 4 5 6
—
2=：：- - 暑 -2
霪 蠢篓塞 ■ -■
1： 鄂麦 12’；2： 鄂麦 12 x B102—1-2’扮 FI；3．4：。B102—1-2
5： 川I 89·107×B]02·1-2’的 FI；6：‘川 89—107’
1： Emal12’；2：F，of‘Emni12 x B102—1-2 ；3，4：‘B102—1-2
5 F of‘Chuan 89—107×B1o2—1_2’：6：‘Ch⋯ 89 【07’
圈 1 两个杂交组台亲奉和F 1liW-GS组成的
SDS-PAGE检测
Fig 1 The HMW—GS compositions of F．in 2 ㈣ ses
tested by SDS—PAGE
对母本材料‘鄂麦 l2’和‘川 89．107’进行 SDS-
PAGE检测，其 HMW—GS组成分别为7+8、2+12和
7+9、2+12，没有 1、17和 l8亚基(见图 1)。
对杂交 F 代进行 SDS—PAGE检测分析，结果显
示杂交组合中外源』 J基因都表现出显性遗传
父本材料‘B102—1-2’中 1号亚基超表达，母本材料
‘鄂麦 12’和‘川89-107’都不含有 1号亚基，而杂交
后代杂合F 中都有1号亚基的表达，说明外源 1Axl
基因同 lD位点的内源1Dx2， DyI2基因一样．呈显
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第 6期 丛 玲等：杂交后代中转基因小麦外源 ，血 基因的遗传
性 表达 (图 1)。
杂合F．中1号亚基数量低于父本，这是因为F
的3 胚乳只有 I套染色体组来自于父本‘B102—1—
2’，而纯合系父本的3n性胚乳中3套染色体组都来
自父本 自身 假如杂交 F 代胚乳 中有 l份外源
1Axl基因，那么父本胚乳中便有3份同样的基因，
这也表明外源 1Axl基因的表达具有剂量效应。
2．2 杂交F：代的遗传
外源 m』基因表达是符台孟德尔遗传模式的。
外源』 ，基因的上游连接有胚乳特异性启动子，只
在胚乳中特异性表达 因此，外源 1号亚基同内
源的HMW—GS一样，属于 3 胚乳性状。依据孟德
尔遗传理论+转基因小麦纯系与非转基因小麦杂交 ，
如果外源 J 』基因整合在 1个位点上，杂交的
代外源 1号亚基出现与否，应呈现 3(有)：1(无)的
分离；如果是整合在2个独立的位点上，应呈现 15
(有)：1(无)分离；如果2个整合位点(显性基因)存
在互补作用，应呈现9(有)：7(无)分离‘ 。
两个杂交组合 代中外源、内源基因发生分离
的典型图谱见图2，图3。外源1号亚基、内源2+l2
亚基能够准确辨别，因此本研究将重点比较外源 1
号亚基和内源 2+l2亚基的遗传模式 表 1结果表
明，内源2+l2亚基在 F 代中分离比符台 3(有)：1
(无)的理论分离比例 ；外源 1号亚基在 F 代的分
离比则符合 15(有)：1(无)的理论分离比例；因此
外源 血』基因有功能的拷贝应整合在 2个独立的
位点上，遵守孟德尔遗传模式。如表 1．在 ‘鄂麦 n
xB102一l_’组合中，F^代理论分离比为 15(有)：l
(无)时，卡方值为 2．60．比其他 2个理论值明显小
很多；在 ‘川 89—107×B102．1-2’组合中，F 代理论
分离比为 15(有)：l(无)时，卡方值为9．49，明显比
其他理论分离 比时的卡方值(71．68和 194．23)小
得多，表明整台在 2个独立位点的可能性最大。
懈霉：； 。葛舞‘ ~W--maun一譬 ，工辛
囊 摹 耢孽 ，
I一20：F2代分离傩；21：‘B LC~．一I-2’ 22：‘川89—107
I-20：Indbdduals in eTaIi0 ；21：‘B102-l-2’；
22．‘Ch一 89—1 ’
图2 ‘JIl 89-107×B102-1-2’杂交 Ft代
HMW-GS组成 的检测
Fig．2 The HMW—GS compositions of F2 of‘Chtma
89-107×B102—1—2’tested by 5DS—PAGE
苎嚣≈一蓐 艺～ -二霉 一一一一：：=一=
三
一 8和11—22：F2代分离体；9：‘B102—1_1’：1O：‘鄂麦 l2
- 8 Bndl1-22：Indi~duaJsin emnon；9：‘B102—1-2’
0．‘Er如 12’
图 3 ‘鄂麦 12 xB102·1-2’杂交 F 代
H2MW-GS组成的检测
Fig 3 The HMW—GS eompo~itions of F2 of Emm
12×B102—1—2 ’tested by SDS—PAGE
表1 两个组合F 代j删 基因分离模式的f检验
Table 1 x test f0r separation model of， ，in generation of two cr0s5es
Nc~es： 。 =6．fi4．矗⋯ ：7．88
3 讨论
转基因小麦外源基因能否在不同于受体基因型
的环境下稳定遗传，决定了我们能否通过杂交的方
式把转基因小麦中的优质亚基转入到我国主栽小麦
品种中，从而培育出既含有优质蛋白亚基又具有其
它多种优良眭状的小麦品种。因为如果这种方法可
行 ，我们就可以避开我国很多优质小麦再生频率低
的弱点，高效快速地培育出优 良的小麦品种 本实
验以‘鄂麦 12’和‘川 89—107’为母本，以转基因小
麦 ‘B10一lI’为父本，在杂交后代中获得 了既有母
本优良背景又有超量表达外源，鼽 基因的品系．以
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492 武 汉 植 物 学 研 究 第 24卷
期提高主栽小麦的加工品质，这对于加快我国小麦
品种改良的进程具有重要意义。而且还研究了外源
在杂交后代中的遗传规律，这对于育种计划中
选择方法的确定具有指导意义。
转基因小麦 ‘B102—1-2’经 Baro等 和 Leonie
等¨¨ 研究 ，认为外源 基因有4个拷贝，在染色
体上有 1～2个整合位点。我们从外源 基因有
功能拷贝的遗传角度，研究转基因小麦‘B102—1-2’
外源基因表达产物在转基因小麦和非转基因小麦杂
交组合中的遗传特性 ，利用较大的 F 群体，证明了
外源 lAx1基因有功能的拷贝是整合在 2个不同的
相对独立的位点上，并且基本遵循孟德尔遗传模式。
从图2和图3可以看到，在 F 代中蕴藏有 lAx1基
因的超表达，而内源 HMW—GS组成呈现多种变异的
基因型，但表达量存在较大的差异。这是因为
基因在小麦染色体上有 2个独立的整合位点，在遗
传过程中 J基因的分离出现多样性，从而在 3凡
性胚乳中其表达量出现了较大的差异。亲本中外源
基因具有多拷贝，而理论上，F 及其后代中可
能会出现低拷贝甚至单拷贝的个体，基因表达水平
及面筋弹性都会存在变异。
由研究结果可以预见：结合农艺性状选择，从这
些基础群体中可以选育出多样化的小麦转基因纯
系。这些纯系的内源 HMW—GS组成、农艺性状呈现
多样性，但却有着外源 基因表达(包括超表
达)的共同特征。在小麦品质改 良过程，增加
基因表达量是品质育种的新途径，这也为优质高产
转基因新品系的选育奠定了理论基础，增加了选择
的预见性。通过筛选，可以获得外源基因整合、表
达、功能研究的有益材料。此外 ，本研究可建立在不
同的遗传背景下 lAx1亚基超量表达的基础材料，对
于进一步明确 亚基的品质效应也有重要意义。
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