全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2014, 40(8): 13641370 http://zwxb.chinacrops.org/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn
本研究由国家重点基础研究计划(973计划)项目(2014CB138105), 教育部新世纪优秀人才项目(NCET-13-0776), 河南省高校青年骨干
教师资助计划项目(2011GGJS-044)和河南省现代农业产业技术体系建设专项(Z2010-01-04)资助。
* 通讯作者(Corresponding authors): 陈锋, E-mail: chf0088@gmail.com; 崔党群, E-mail: cdq62@sohu.com
第一作者联系方式: E-mail: zhangfuyan704@163.com **同等贡献(Contributed equally to this work)
Received(收稿日期): 2013-11-15; Accepted(接受日期): 2014-04-16; Published online(网络出版日期): 2014-06-03.
URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20140603.1552.009.html
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2014.01364
硬粒小麦品种 Lpx-B1位点等位变异的分子鉴定及其脂肪氧化酶活性
张福彦 1,2,** 尚晓丽 1,** 吴培培 1 宋 双 1 陈 锋 1,* 崔党群 1,*
1 河南农业大学农学院 / 河南省粮食作物协同创新中心 / 小麦玉米作物学国家重点实验室, 河南郑州 450002; 2 河南省核农学重点
实验室 / 河南省科学院同位素研究所有限责任公司, 河南郑州 450015
摘 要: 硬粒小麦籽粒中脂肪氧化酶(LOX)与硬粒小麦面制品的加工品质关系密切相关, 而 Lpx-B1 位点不同变异类
型对 LOX活性有重要影响。对来自不同国家和地区的 167份硬粒小麦品种的 LOX活性进行测定, 并对其 Lpx-B1位
点不同变异类型进行分子鉴定。不同品种间 LOX活性差异明显, 变幅为 0.20~7.98 AU min–1 g–1。在 Lpx-B1.1位点鉴
定出 3种等位变异, 分别为 Lpx-B1.1a、Lpx-B1.1b和 Lpx-B1.1c, 以 Lpx-B1.1a所占比例最高(55.1%), 其次为 Lpx-B1.1c
(37.1%), 而 Lpx-B1.1b仅占 7.8%; Lpx-B1.2和 Lpx-B1.3二者总是互补出现在不同的品种中, 146份品种为 Lpx-B1.2型,
其余 21份品种均为 Lpx-B1.3型, 表明二者可能互为一对等位因子。在 Lpx-B1.1位点的 3种等位变异类型中, Lpx-B1.1b
类型品种的 LOX活性显著高于 Lpx-B1.1a和 Lpx-B1.1c类型品种, 而 Lpx-B1.1c类型品种的 LOX活性最低。Lpx-B1.3
类型品种的 LOX活性显著高于 Lpx-B1.2类型的品种。参试品种共有 6种 Lpx-B1基因型组合, 其中 Lpx-B1.1b/Lpx-B1.3
基因型的 LOX活性显著高于其他基因型, 而 Lpx-B1.1c/Lpx-B1.2和 Lpx-B1.1c/Lpx-B1.3基因型的 LOX活性最低。这
些观测结果为硬粒小麦品质育种提供了重要信息。
关键词: 硬粒小麦; Lpx-B1位点; 等位变异; 脂肪氧化酶
Molecular Identification of Alleles on Lpx-B1 Locus and Lipoxygenase Activity
in Durum Wheat (Triticum turgidum L.)
ZHANG Fu-Yan1,2,**, SHANG Xiao-Li1,**, WU Pei-Pei1, SONG Shuang1, CHEN Feng1,*, and CUI
Dang-Qun1,*
1 College of Agronomy / Collaborative Innovation Center of Henan Grain Crops / National Key Laboratory of Wheat & Maize Crop Science, Henan
Agricultural University, Zhengzhou 450002, China; 2 Henan Key Laboratory of Nuclear Agricultural Sciences / Isotope Institute Co., Ltd, Henan
Academy of Sciences, Zhengzhou 450015, China
Abstract: Lipoxygenase (LOX) has a close relationship to the processing quality of flour products in durum wheat (Triticum tur-
gidum L.). Activity of LOX is greatly influenced by the locus of Lpx-B1. The Lpx-B1 alleles in 167 durum wheat varieties from
different countries or regions were identified using gene-specific primers, and the Lpx-B1 genotypes were analyzed based on LOX
activity data. The LOX activity varied greatly in the 167 varieties, ranging from 0.20 to 7.98 AU min–1 g–1. On Lpx-B1.1 locus,
three alleles (Lpx-B1.1a, Lpx-B1.1b, and Lpx-B1.1c) were identified with frequencies of 55.1%, 7.8%, and 37.1%, respectively.
Loci Lpx-B1.2 and Lpx-B1.3 were always reciprocally present in varieties, in which Lpx-B1.2 was presented in 146 varieties and
Lpx-B1.3 in the remaining 21 varieties. This result indicates the allelic possibility of Lpx-B1.2 and Lpx-B1.3. In the three Lpx-B1.1
genotypes, the Lpx-B1.1b varieties had significantly higher LOX activity than the Lpx-B1.1a and Lpx-B1.1c varieties, and varie-
ties carrying Lpx-B1.1c allele possessed the lowest LOX activity. The LOX activity in Lpx-B1.3 genotypes was significantly
higher than that in Lpx-B1.2 genotypes. A total of six genotypic combinations were found on the three Lpx-B1 loci in 167 varieties.
Among them, Lpx-B1.1b/Lpx-B1.3 combination had the highest LOX activity and combinations of Lpx-B1.1c/Lpx-B1.2 and
Lpx-B1.1c/Lpx-B1.3 had the lowest LOX activity. These results are informative to quality breeding of durum wheat.
Keywords: Triticum turgidum L.; Lpx-B1 locus; Alleles; Lipoxygenase
第 8期 张福彦等: 硬粒小麦品种 Lpx-B1位点等位变异的分子鉴定及其脂肪氧化酶活性 1365
脂肪氧化酶(lipoxygenase, LOX)是一类不含血红
素铁的蛋白质, 广泛存在于各种类型的植物中[1-2]。它
在植物的生长、发育、衰老、脂质过氧化作用、光合
作用及抗逆性等方面起重要作用[2]。小麦籽粒中的
LOX 含量很低, 但其在酶促脂肪氧化过程中产生的
活性氧, 不仅能通过降解色素类物质影响面粉及面
条、馒头和面包等面制品颜色[3], 且能有效改善面制
品的营养品质和加工品质[4-6]。因而, 小麦脂肪氧化酶
活性及其在品质改良中的重要作用已成为国内外学
者研究的热点之一。
小麦籽粒 LOX 活性是一个受多基因控制的复杂
数量性状, 受基因型和环境及其互作的显著影响, 且
基因型的效应大于环境及互作效应[7–8]。Leenhardt等[9]
发现普通小麦籽粒中的 LOX 活性高于硬粒小麦和一
粒小麦, 分别是其 2.5倍和 7.5倍, 表明小麦类型也是
影响 LOX活性的因素之一。Hart和 Langston [10]利用
中国春缺体 –四体系对 LOX 同工酶定位表明 ,
Lpx-A1、Lpx-B1和 Lpx-D1分别位于 4AL、4BL和 4DS
染色体, 而 Lpx-A2、Lpx-B2和 Lpx-D2分别位于 5AL、
5BL和 5DL, 推测小麦 LOX基因主要位于第 4和第 5
同源群。Hsieh 等[11]从硬粒小麦胚乳中分离出 3 个与
LOX 活性有关的同工酶, 分别命名为 lipoxygeanses-1
(L-1)、lipoxygeanses-2 (L-2)和 lipoxygeanses-3 (L-3)。
硬粒小麦中, 脂肪氧化酶由 Lpx 编码, 其主效基因分
别被定位在 4A[12]、4B[12-18]、4D[18-19]和 5D[19]染色体上,
Lpx-B1 位点的等位变异对 LOX 活性有显著影响[3]。
Carrera等[14]分析 7个硬粒小麦品种的 Lpx-B1基因及
其对 LOX 活性的影响发现, Lpx-B1 位点部分片段重
叠和 Lpx-B1.1基因部分片段缺失的现象, 并将这 2个
基因分别命名为 Lpx-B1.1 (DQ474240)和 Lpx-B1.2
(DQ474241), 且后者与 LOX 活性降低密切相关。此
外, Verlotta等[15]还报道了一个控制 LOX活性的新基
因 , 将其命名为 Lpx-B1.3 (HM126469), 同时认为
Lpx-B1.2 和 Lpx-B1.3 基因可能是一对等位基因 ;
Lpx-B1.1 位点存在 3 个等位变异 , 分别命名为
Lpx-B1.1a、Lpx-B1.1b和 Lpx-B1.1c, 并开发了相应的
功能标记。
硬粒小麦是世界第二大麦类作物, 种植面积占世
界小麦总面积的 10%左右, 其蛋白质和面筋含量较高,
富含大量胡萝卜素, 具有较高的营养价值, 在欧洲,
拉丁美洲的许多国家很受欢迎。硬粒小麦在储藏和加
工过程中脂肪氧化酶的氧化降解会导致胡萝卜素和类
胡萝卜素大量损失, 降低部分营养价值[20-21]。郑文寅
等[22]分析了小麦全麦粉的色泽性状与 LOX和类胡萝
卜素含量之间的关系, 结果表明, LOX活性与类胡萝
卜素含量呈极显著负相关, 而与全麦粉的白度、亮度
和黄度无显著相关。本研究旨在明确硬粒小麦籽粒中
Lpx-B1 基因的等位变异与 LOX 活性之间的关系, 为
利用分子标记选择相应 LOX 活性的硬粒小麦品种提
供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
167份硬粒小麦(意大利博洛尼亚大学农业环境
科技学院的Roberto Tuberosa教授提供)来自不同国家
和地区, 为历史品种和当前主栽品种, 其中意大利47
份、国际玉米小麦改良中心(CIMMYT) 12份、叙利亚
80份、西班牙17份、摩洛哥11份。2010—2011年生长
季种植于河南农业大学科教示范园区, 2次重复, 常
规田间管理。所有材料在当地均能正常成熟, 且未发
现有倒伏和穗发芽现象。
1.2 小麦籽粒 LOX活性的测定
取完熟后籽粒, 用分光光度计法[16]测定籽粒中
LOX活性, 每份材料3次重复, 求平均值。操作步骤主
要有LOX酶的提取、亚油酸底物的配制(现用现配)、
分光光度计检测。所用试剂包括40 mmol L–1 PBS缓冲
液(pH 6.8)、亚油酸(Sigma, L1376)、Tween 20、1 mol L–1
NaOH、0.1 mol L–1 NaOH, 以及ddH2O。使用UV-2600
型紫外可见分光光度计(尤尼柯上海仪器有限公司)在
234 nm处用1 cm光程石英比色皿测定共轭过氧化物
的吸光度∆A, 以每毫克总蛋白每分钟吸光值增加
0.001为一个酶活性单位(AU min–1 g–1), 用经过高温
煮沸LOX粗酶液底物做对照。
1.3 Lpx-B1等位变异检测
从每份试验材料取3粒有代表性的种子, 用锤子
砸碎后放入2.0 mL离心管, 参照单籽粒种子DNA快
速提取方法[23]提取DNA, 但用SLS (十二烷基肌氨酸
钠)代替SDS (十二烷基硫酸钠)。利用Verlotta等[15]在
硬粒小麦开发的共显性标记Lpx-B1.1a/b以及显性标
记Lpx-B1.1c、Lpx-B1.2和Lpx-B1.3 (表1)检测参试品种
4B染色体上Lpx-B1位点等位变异。所有引物均由生工
生物工程(上海)有限公司合成。
在ABI 9700或MJ Research PTC-200中进行PCR扩
增, 扩增体系为25 μL, 包含2 μL基因组DNA (50 ng μL–1)、
0.5 μL dNTP (10 mmol L–1)、各0.4 μL上、下游引物
(10 pmol)、2.5 μL 10× buffer (20 mmol L–1 Tris-HCl pH
8.4, 25 mmol L–1 KCl, 1.5 mmol L–1 MgCl2)、0.4 μL Taq
DNA聚合酶(2.5 U μL–1)。以上试剂均购自TIANGEN
1366 作 物 学 报 第 40卷
表 1 硬粒小麦中检测 Lpx-B1基因等位变异的引物
Table 1 Specific primers for identification of Lpx-B1 alleles in durum wheat
等位变异
Allele
正向序列
Forward sequence (5′–3′)
反向序列
Reverse sequence(5′–3′)
退火温度
Annealing temp.
(℃)
扩增产物大小
Fragment size
(bp)
Lpx-B1.1a/Lpx-B1.1b GCAGGCGCTGGAAAGCAACAGGC ACTCCGCGTACTCGTCCGTCCCG 58 1312/1238
Lpx-B1.1c CCAAGATGATACTGGGCGGGC CGCCGCCTTGCCGTGGTTGG 58 1558
Lpx-B1.2 TACACGCCGGTGCCGAGCGGCAG CGTGTCACGCTGCCCGAGGTAGAG 60 1137
Lpx-B1.3 CCGGTGCCGAGCGGCTCCATG CGGTTCGGGAGGAACCCCGCGTAG 64 871
公司。PCR程序为95℃预变性5 min; 95℃变性30 s,
58~64℃退火30 s (不同引物退火温度见表1), 72℃延
伸1 min, 35个循环; 72℃延伸10 min, 4℃保存。
在1×TBE的缓冲液中 , 用含有溴化乙锭(EB)的
1.0% (w/v)琼脂糖凝胶电泳分离PCR扩增产物, 150 V
电压下电泳15 min, 最后在凝胶成像系统中扫描观察,
并对电泳结果统计分析。Lpx-B1.1a和Lpx-B1.1b等位
变异片段差别较小, 只相差74 bp, 故采用2.0% (w/v)
琼脂糖凝胶电泳分离检测, 150 V电压下电泳30 min
后扫描观察。
1.4 数据分析
利用SPSS 19.0软件分析LOX活性平均值和标准
差等参数, 用LSR方法比较不同基因型组合的LOX活
性差异显著性。
2 结果与分析
2.1 Lpx-B1位点变异类型及分布
首先利用Lpx-B1.1a/b标记检测 , 扩增产物为
1312 bp和1238 bp两种带型, 分别对应Lpx-B1.1a和
Lpx-B1.1b等位变异(图1); 部分品种中没有检测到扩
增产物 , 可能为 Lpx-B1.1c等位变异 , 进一步用
Lpx-B1.1c的特异引物检测, 结果Cannizzo、Claudio、
Lesina和Norba等7个材料中扩增出1558 bp的条带(图
2), 确认为Lpx-B1.1c变异类型。
在 Lpx-B1位点共发现 5种变异类型 , 分别为
Lpx-B1.1a、Lpx-B1.1b、Lpx-B1.1c、Lpx-B1.2和Lpx-
B1.3。Lpx-B1.1位点有3种等位变异, 其中Lpx-B1.1a
类型品种有92份, 占55.1%, Lpx-B1.1b和Lpx-B1.1c类
型的品种分别为13份和62份, 占7.8%和37.1%。此外,
没有发现同一品种兼有Lpx-B1.2和Lpx-B1.32个等位
变异 , 即二者总是互补出现 (表2), 146份品种为
Lpx-B1.2变异类型(占87.4%), 而另外21份品种则为
Lpx-B1.3类型(占12.6%)。
Lpx-B1位点基因型因品种来源不同而异。来自叙
利亚和意大利的品种, Lpx-B1位点变异类型较为丰富,
拥有所有的5种变异类型; 而在来自CIMMYT、摩洛
图 1 Lpx-B1.1a/b引物在部分硬粒小麦品种中的扩增结果
Fig. 1 Amplification profile of Lpx-B1.1a/b primers in partial
varieties of durum wheat
M: DL2000; 1: Meridiano; 2: Appio; 3: Cannizzo; 4: Trinakria;
5: Bolenga; 6: Appulo; 7: Cappelli; 8: Torrebianca; 9: Mongibello;
10: Roqueno; 11: Quadrato; 12: Colosseo.
图 2 Lpx-B1.1c引物在部分硬粒小麦品种中的扩增结果
Fig. 2 Amplification profile of Lpx-B1.1c primers in partial
varieties of durum wheat
M: DL2000; 1: Cannizzo; 2: Claudio; 3: Lesina; 4: West Bred Turbo;
5: Roqueno; 6: Torrebianca; 7: Bravadur; 8: Meridiano; 9: Norba;
10: Mongibello; 11: Colosseo; 12: Younes-1.
哥和西班牙的品种中 , 没有发现 Lpx-B1.1b 和
Lpx-B1.3两种类型。80份叙利亚材料中, Lpx-B1.1位
点 Lpx-B1.1a、Lpx-B1.1b和 Lpx-B1.1c类型分别有 46、
8和 26份; 而在另一位点, 有 65份为 Lpx-B1.2类型,
15份为 Lpx-B1.3类型。47份意大利材料中, Lpx-B1.1
位点有 19份为 Lpx-B1.1a类型, 5份为 Lpx-B1.1b类
型, 23份为 Lpx-B1.1c类型; 另一位点 Lpx-B1.2类型
有 41 份, Lpx-B1.3 类型有 6 份(表 3)。结果表明,
Lpx-B1.1a、Lpx-B1.1c和 Lpx-B1.2三种基因型在硬粒
小麦中占主导地位。
2.2 Lpx-B1位点不同变异类型对LOX活性的影响
方差分析结果表明, 硬粒小麦籽粒中 Lpx-B1 位
点不同变异类型间 LOX 活性有显著差异 (图 3)。
Lpx-B1.1b和 Lpx-B1.3类型品种的 LOX活性最高, 分
别为 5.74 AU min–1 g–1和 5.04 AU min–1 g–1; Lpx-B1.1c
变异类型的 LOX活性最小, 仅为 0.92 AU min–1 g–1;
其他 2类品种的 LOX活性分别为 2.50 AU min–1 g–1
第 8期 张福彦等: 硬粒小麦品种 Lpx-B1位点等位变异的分子鉴定及其脂肪氧化酶活性 1367
表 2 部分硬粒小麦品种的 LOX活性和 Lpx-B1基因型鉴定
Table 2 Lpx-B1 genotypes and LOX activities in part of durum wheat varieties
品种
Variety
来源
Source
基因型组合
Genotypic combination
LOX 活性
LOX activity (AU min–1 g–1)
Meridiano 意大利 Italy Lpx-B1.1a/Lpx-B1.2 3.86
Appio 意大利 Italy Lpx-B1.1a/Lpx-B1.2 1.95
Boabdil 西班牙 Spain Lpx-B1.1a/Lpx-B1.2 2.10
Bolenga 西班牙 Spain Lpx-B1.1a/Lpx-B1.2 3.14
Durcal 意大利 Italy Lpx-B1.1a/Lpx-B1.2 2.14
Cimmyt-23 (Bisu_1/Patka_3) CIMMYT Lpx-B1.1a/Lpx-B1.2 3.79
Cimmyt-172 (Topdy_21/Rascon_33) CIMMYT Lpx-B1.1a/Lpx-B1.2 2.25
Cappelli 意大利 Italy Lpx-B1.1a/Lpx-B1.3 4.46
Platani 意大利 Italy Lpx-B1.1a/Lpx-B1.3 4.24
Colorado 意大利 Italy Lpx-B1.1b/Lpx-B1.2 4.53
Meridiano 意大利 Italy Lpx-B1.1b/Lpx-B1.2 3.86
Krf 叙利亚 Syria Lpx-B1.1b/Lpx-B1.2 3.81
Omlahn-3 叙利亚 Syria Lpx-B1.1b/Lpx-B1.3 6.36
Omsnima-1 叙利亚 Syria Lpx-B1.1b/Lpx-B1.3 5.29
Trinakria 意大利 Italy Lpx-B1.1b/Lpx-B1.3 4.57
Valbelice 意大利 Italy Lpx-B1.1b/Lpx-B1.3 7.98
Cannizzo 意大利 Italy Lpx-B1.1c/Lpx-B1.2 1.58
Claudio 意大利 Italy Lpx-B1.1c/Lpx-B1.2 0.69
Lesina 意大利 Italy Lpx-B1.1c/Lpx-B1.2 1.59
Mongibello 意大利 Italy Lpx-B1.1c/Lpx-B1.2 0.23
Marzak 摩洛哥 Morocco Lpx-B1.1c/Lpx-B1.2 0.51
Tarek 摩洛哥 Morocco Lpx-B1.1c/Lpx-B1.2 1.50
Younes-1 叙利亚 Syria Lpx-B1.1c/Lpx-B1.3 1.02
表 3 不同国家硬粒小麦种质的 Lpx-B1位点基因型分布
Table 3 Distribution of different Lpx-B1 alleles in durum wheat varieties from various countries
Lpx-B1.1 品种来源
Source of variety
品种数
No. of varieties
分布频率
Frequency (%) Lpx-B1.1a Lpx-B1.1b Lpx-B1.1c
Lpx-B1.2 Lpx-B1.3
叙利亚 Syria 80 47.9 46 8 26 65 15
CIMMYT 12 7.2 8 0 4 12 0
意大利 Italy 47 28.1 19 5 23 41 6
西班牙 Spain 17 10.2 14 0 3 17 0
摩洛哥 Morocco 11 6.6 5 0 6 11 0
合计 Total 167 100.0 92 13 62 146 21
(Lpx-B1.1a)和1.75 AU min–1 g–1 (Lpx-B1.2)。
167个品种在Lpx-B1位点共有6种基因型组合, 分
别为Lpx-B1.1a/Lpx-B1.2、Lpx-B1.1b/Lpx-B1.2、
Lpx-B1.1c/Lpx-B1.2、Lpx-B1.1a/Lpx-B1.3、Lpx-B1.1b/
Lpx-B1.3和Lpx-B1.1c/Lpx-B1.3。其中, Lpx-B1.1b/
Lpx-B1.3基因型组合为高LOX活性类型, 有11个品种
(6.6%), 其LOX活性平均值高达6.03 AU min–1 g–1;
Lpx-B1.1a/Lpx-B1.3和Lpx-B1.1b/Lpx-B1.2基因型组合
为偏高类型, 分别有9个(5.4%)和2个(1.2%)品种, 其
LOX活性分别为4.27 AU min–1 g–1和4.17 AU min–1 g–1;
Lpx-B1.1a/Lpx-B1.2基因型组合为偏低类型, 是参试品
种中的最主要的类型, 包括83个品种(49.7%), 其LOX
活性为2.30 AU min–1 g–1; Lpx-B1.1c/Lpx-B1.2基因型组
合属于低LOX活性类型, 共有61个品种(36.5%), 其平
均LOX活性最低, 仅为0.92 AU min–1 g–1; 另外, 仅发
现1份Lpx-B1.1c/Lpx-B1.3组合类型, LOX活性为1.02
1368 作 物 学 报 第 40卷
图 3 硬粒小麦中 Lpx-B1位点不同变异类型的 LOX活性
Fig. 3 LOX activities in different Lpx-B1 genotypes of durum
wheat
LOX活性为同类品种的平均值及标准差; 柱形上面的不同字母
表示不同变异类型间有显著性差异(P<0.05)。
LOX activity is the mean of each variety group, and the error bar
shows the standard error; Different letters above columns indicate
significant difference among different types of variation at P < 0.05.
AU min–1 g–1, 也属于低LOX活性类型(表4)。
3 讨论
面粉或面制品的表观色泽是评价小麦品质的重
要指标之一。LOX 对面粉色泽有很大影响, 且对小
麦品质性状具有双重效应。籽粒中 LOX会偶联氧化
小麦中的类胡萝卜素, 取代化学漂白剂使小麦粉变
白, 提高面粉或面制品的白度; 但是过高的 LOX 活
性则会破坏小麦籽粒中的黄色素, 使小麦粉过白而
丧失许多营养成分, 降低麦类食品的营养价值[3,6,22]。
研究表明, LOX与小麦籽粒、面粉及其面制品的储
藏特性的关系密切, 降低 LOX 活性有利于延长硬
粒小麦籽粒、通心粉等食品的保存期, 从而提高产
品的附加值[24], 降低 LOX 活性也是长期保存种子
的重要方法之一。可见, 低 LOX活性可以有效地减
轻脂质的氧化反应, 减少籽粒的氧化变质, 延长其
储藏期 , 从而减少粮食的损失 [6,25]。本研究在分析
硬粒小麦品种籽粒 LOX 活性及其基因型分布特点
的同时, 也试图筛选出低 LOX 活性遗传材料, 为
今后综合性状评价和硬粒小麦品质育种提供基础
信息和种质资源储备。
表 4 硬粒小麦中 Lpx-B1位点不同基因型组合 LOX活性比较
Table 4 Comparison of LOX activities of durum wheat varieties with different genotype combinations
基因型组合
Genotype combination
LOX类型
LOX type
品种数
No. of varieties
平均 LOX活性
Mean LOX activity (AU min–1 g–1)
频率
Frequency (%)
Lpx-B1.1b/Lpx-B1.3 H 11 6.03 a 6.6
Lpx-B1.1a/Lpx-B1.3 MH 9 4.27 b 5.4
Lpx-B1.1b/Lpx-B1.2 MH 2 4.17 b 1.2
Lpx-B1.1a/Lpx-B1.2 ML 83 2.30 c 49.7
Lpx-B1.1c/Lpx-B1.3 L 1 1.02 d 0.6
Lpx-B1.1c/Lpx-B1.2 L 61 0.92 d 36.5
H: 高LOX型; MH: LOX偏高型; ML: LOX偏低型; L: 低LOX型。LOX活性后不同字母表示基因型组合类群间有显著差异(P<0.05)。
H: high LOX activity; MH: moderately high LOX activity; ML: moderately low LOX activity; L: low LOX activity. Different letters after
the mean LOX activity indicate significant difference among genotype combinations at P < 0.05.
硬粒小麦中, LOX为受多基因控制的数量性状,
Lpx-B1位点变异类型是导致LOX活性变化的重要原
因。我们在167份硬粒小麦材料中发现LOX活性变异
范围为0.20~7.98 AU min–1 g–1, 品种间差异较大。
Verlotta等 [15]把Lpx-B1不同基因型组合分成3个单体
型, 即单体型I (Lpx-B1.1b/Lpx-B1.3)、单体型II (Lpx-
B1.1a/Lpx-B1.2)和单体型III (Lpx-B1.1c/Lpx-B1.2), 其
LOX活性平均值分别为4.60、2.59和0.12 AU min–1
g–1。本研究结果与此类似, LOX活性最高和最低的也
分别是Lpx-B1.1b/Lpx-B1.3和Lpx-B1.1c/Lpx-B1.2组合
类型, 平均LOX活性依次是6.03 AU min–1 g–1和0.92
AU min–1 g–1, 同时本研究结果也支持Lpx-B1位点等
位变异能够引起LOX活性的显著变化的观点。在硬粒
小麦主要消费国家, 低LOX活性的硬粒小麦更受欢
迎。研究表明, LOX活性与蛋白质、淀粉、湿面筋等
大多数品质参数呈负相关, 且能有效增加面筋强度,
导致面团延展性降低[26–27]。与普通小麦相比, 硬粒小麦
中LOX活性更低, 同时由于硬粒小麦中的蛋白质和抗
氧化剂化合物也显著高于普通小麦, 因此认为硬粒小
麦比普通小麦具有更高的营养价值[28]。
在对小麦籽粒LOX活性相关基因的定位研究中,
发现一些与目标性状紧密连锁的 SSR标记 , 如
Xbcd1262、Xksud2a、Xwmc312和Xgwm251[13,29], 但这
些标记不在基因内部, 不能与目的基因共分离, 因而
预测基因型的准确性较低, 在实际应用中存在局限
性。功能标记是根据基因内部引起表型性状变异的多
态性序列而开发出的一种分子标记, 利用其进行辅
助选择育种具有高效、准确、适用性广等特点[30–31]。
第 8期 张福彦等: 硬粒小麦品种 Lpx-B1位点等位变异的分子鉴定及其脂肪氧化酶活性 1369
目前, 功能性标记已广泛用于小麦品质和农艺性状
以及抗病性鉴定等领域, 是小麦育种的重要辅助手
段之一[31]。本试验用功能标记对来自不同国家和地区
的167份硬粒小麦品种进行Lpx-B1位点的分子鉴定,
发现主要为Lpx-B1.1a、Lpx-B1.1c和Lpx-B1.2基因型,
与Verlotta等[15]利用85份硬粒小麦品种的检测结果基
本一致。结合LOX活性测定, 我们发现Lpx-B1位点上
的2个基因是决定硬粒小麦LOX活性的最为主要因素
之一。Verlotta等[15]筛选出低LOX活性、综合性状优
异的硬粒小麦品种, 可直接用作硬粒小麦育种亲本。
与LOX活性相关的功能性标记具有很好的应用前景,
尤其适合快速、准确、简便地判定小麦种质资源中
LOX基因型, 并能有效预测表型, 在一定程度上加快
硬粒小麦品质改良进程。
4 结论
来自不同国家和地区的 167 份硬粒小麦品种中
Lpx-B1基因位点有 Lpx-B1.1a、Lpx-B1.1b、Lpx-B1.1c、
Lpx-B1.2和 Lpx-B1.3共 5种变异类型, 且在同一个品
种中 Lpx-B1.1a、Lpx-B1.1b和 Lpx-B1.1c基因交替出
现, 不存在 2个或 2个以上基因共存现象, 同样 Lpx-
B1.2 和 Lpx-B1.3 基因也表现互补, 似为一对等位基
因。根据 LOX 活性, 将不同等位变异分成高或低
LOX 活性的变异类型 , 前者包括 Lpx-B1.1b 和
Lpx-B1.3基因型, 后者包括 Lpx-B1.1c和 Lpx-B1.2基
因型。硬粒小麦品种在 2个位点上聚合高 LOX活性
等位变异, 则表现为高 LOX 活性特征, 反之则表现
为低 LOX 活性特征; 而当 2 个位点分别有高和低
LOX活性等位变异时, 其表现型多属于中间类型。
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