全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2011, 37(11): 1942−1948 http://www.chinacrops.org/zwxb/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn
本研究由引进国际先进农业技术计划(948计划)项目(2006-G2), 财政部农业部现代农业小麦产业技术体系建设专项(nycytx-03)和西北
农林科技大学唐仲英育种基金资助。
* 通讯作者(Corresponding author): 张晓科, E-mail: zhangxiaoke66@126.com
第一作者联系方式: E-mail: liangqiang06@126.com
Received(收稿日期): 2011-04-27; Accepted(接受日期): 2011-07-15; Published online(网络出版日期): 2011-09-06.
URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20110906.1103.010.html
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2011.01942
强筋小麦分子标记多重 PCR体系的构建与应用
梁 强 张晓科* 尉 倩 王晓龙 张 晶 孙道杰 付晓洁
西北农林科技大学农学院 / 国家小麦改良中心杨凌分中心, 陕西杨凌 712100
摘 要: 面筋强度与小麦高低分子量谷蛋白亚基种类(组合)密切相关。以 12个已知亚基基因组成的品种为对照, 选
用基因(位点) Axnull、Bx7OE、Dx5、Glu-A3d、Glu-B3i和 Glu-B3的标记, 构建多重 PCR体系。以该体系检测对照的
结果与已知基因型完全一致, 一次 PCR可同时间接检测 7个与强筋有关基因(位点)Ax1/Ax2*、Bx7OE、Dx5、Glu-A3d、
Glu-B3i和 Glu-B3。对 62个陕西小麦品种的检测结果表明, 优质强筋亚基基因(位点)Ax1/Ax2*、Dx5、Glu-A3d、Glu-B3i
和 Glu-B3的比例依次为 56.5%、9.6%、33.9%、1.6%和 64.4%, 所有品种均不含 Bx7OE, 携带 0、1、2和 3个及以上
基因(位点)的品种分别占 6.5%、33.9%、48.3%和 11.3%。说明聚合多个强筋亚基基因(位点)的品种频率较低, 通过优
质亚基基因的聚合育种, 可望改善陕西小麦品种的面筋品质。本研究所构建的强筋小麦分子标记检测的多重 PCR体
系检测结果稳定且可靠, 可用于小麦种质资源的快速评价和强筋小麦分子辅助选育。
关键词: 陕西省小麦品种; 分子标记; 多重 PCR体系
Establishment and Application of Multiplex PCR System Based on Molecular
Markers of Glutenin Subunit Genes (Loci) Related to Strong-gluten in Wheat
LIANG Qiang, ZHANG Xiao-Ke*, WEI Qian, WANG Xiao-Long, ZHANG Jing, SUN Dao-Jie, and FU
Xiao-Jie
College of Agronomy, Northwest A&F University / Yangling Sub-center of National Wheat Improvement Center, Yangling, Shaanxi 712100, China
Abstract: Wheat strong-gluten quality is closely correlated with combinations of high-molecular-weight glutenin subunits
(HMW-GS) and low-molecular-weight glutenin subunits (LMW-GS). The multiplex PCR system is a rapid and efficient approach
to evaluate wheat germplasm and its quality in wheat. In this study, we developed a multiplex PCR system confering molecular
markers on Ax1/Ax2*, Bx7OE, Dx5, Glu-A3d, Glu-B3i genes, and Glu-B3 locus and validated it with 12 cultivars with known
subunit at each locus. This multiplex PCR system was proved to be effective and stable to amplify target bands for these genes
(locus), and used to evaluate the glutenin subunit genes (locus) accociated with strong-gluten in 62 major cultivars in wheat
production in Shaanxi province, China. The results showed that the frequencies of genes Ax1/Ax2*, Dx5, Glu-A3d, Glu-B3i, and
locus Glu-B3 in the 62 cultivars were 56.5%, 9.6%, 33.9%, 1.6%, and 64.4%, respectively, whereas gene Bx7OE was not found.
Most of the cultivars carried two-gene (locus) combinations with the frequency of 48.3%, a few cultivars carried a single gene or
locus (33.9%). The frequency of cultivars carrying three or four-gene (locus) combinations was 11.3%. The remaining cultivars
(6.5%) were free of above elite gene (locus). Therefore, the frequency of combination of multiple strong-gluten subunits gene
(locus) was low in cultivars from Shaanxi Province, which could be promoted through germplasm introduction and traditional
breeding aided by molecular marker selection. The multiplex PCR system developed in this study may serve as a rapid and
efficient method to select materials pyrimiding multiple genes (loci) associated with strong-gluten in wheat breeding for quality.
Keywords: Common wheat cultivars from Shaanxi province; Molecular marker; Multiplex PCR system
面筋强度是小麦面粉品质评价的重要内容, 也 是我国小麦品质育种改良的主要目标之一。麦谷蛋
第 11期 梁 强等: 强筋小麦分子标记多重 PCR体系的构建与应用 1943
白和醇溶蛋白是小麦面筋主要成分, 其含量和组成
比例决定小麦加工品质的优劣, 尤其是麦谷蛋白亚
基的种类和组成, 与小麦面筋的强弱密切相关, 决
定面制食品的品质特性[1]。因此, 研究和利用快速检
测与强筋品质相关的谷蛋白亚基基因组成的技术体
系, 对评价和选育强筋小麦品种具有重要的现实意
义。
麦谷蛋白由高分子量谷蛋白亚基(HMW-GS)和
低分子量谷蛋白亚基(LMW-GS)组成 , 两者分别由
位于 1A、1B、1D染色体长臂和短臂上的 Glu-A1、
Glu-B1、Glu-D1(统称 Glu-1)位点和 Glu-A3、Glu-B3、
Glu-D3 (统称 Glu-3)位点基因编码[2]。每个位点等位
基因编码不同亚基, 不同亚基对品质效应的大小不
同。如 Glu-A1 位点上的 Ax1 和 Ax2*基因编码的 1
和 2*亚基, 对面筋强度、沉降值和面包评分优于Null;
Glu-B1 位点等位基因 Bx7OE 编码的超表达 7 亚基
(7OE), 能显著提高面筋强度[3]; Glu-D1 位点等位基
因 Dx5+Dy10编码的 5+10亚基, 对面包品质的贡献
优于其他亚基; Glu-A3 位点 Glu-A3d 基因编码的
LMW-GS, 其面筋强度优于该位点其他等位基因编
码的 LMW-GS, 并对面条品质也有一定正向效应[4]。
1B·1R易位品种, 因缺失 Glu-B3和 Gli-B1位点而不
能表达相应的 LMW-GS 和醇溶蛋白或因引入
ω-secalin 基因表达了黑麦碱, 导致面团黏性增大和
面筋强度减弱, 引起其加工品质变劣[5]; 在非 1B·1R
易位或含Glu-B3位点的品种中, Glu-B3i基因编码的
LMW-GS, 其对面筋强度的贡献明显优于该位点其
他 LMW-GS[4]。
发展和利用优质 HMW-GS 和 LMW-GS 基因的
分子标记, 是小麦品质分子研究的重要内容之一。
迄今, 已相继建立了 Dx5、Axnull、Glu-B3、Bx7OE、
Glu-A3d和 Glu-B3i等优质亚基基因的分子标记[6-11],
可用于小麦品种或育种后代亚基基因的鉴定或标记
辅助选择。与单一 PCR标记技术相比, 多重 PCR在
一次反应体系内可鉴定 2 个或 2 个以上目标基因,
具有低成本、高效率等优点, 构建多重 PCR体系已
成为国内外基因分子标记研究的热点。Ahmad[12]开
发了同时检测 Glu-D1位点上 Dx5、Dy10和 Dy12基
因的多重 PCR 体系, 在小麦育种中实用性不大, 因
为Dx5与Dy10基因一般紧密连锁, 在小麦品种内伴
随出现, Dy10与 Dy12又互为等位基因, 从这 3个基
因中任意检测出 1个就可以对育种后代决选; Ma等[13]
建立了 Ax2*、Bx17和 Dx5基因的多重 PCR体系, 但
因引物的错配, Ax2*基因标记未能扩增出预期大小
的特异带 ; Moczulski 等 [14]建立了多套检测编码
HMW-GS基因的多重 PCR体系, 每个体系涉及 2个
或 3 个位点基因的检测 , 以上体系仅涉及编码
HMW-GS 基因的检测, 没有涉及编码 LMW-GS 基
因的检测。Zhang等[15]构建了 By8、Dx5、Glu-A3d、
GluB3 (非 1B·1R易位系)、ω-secalin (1B·1R易位系)
和 Pinb-D1b 基因检测的多重 PCR 体系, 但缺乏对
Glu-A1位点优质亚基基因的检测。
迄今为止, 虽然已构建了一些小麦品质相关性
状基因检测的多重 PCR 体系 [10,12-19], 但很少涉及
LMW-GS 基因的检测, 尤其对同时检测编码高低分
子量谷蛋白 5个位点上强筋亚基基因的多重 PCR体
系还未见报道。小麦是陕西省重要的粮食作物, 该
地区育成的小麦品种在我国小麦生产和育种中起重
要作用。为此, 本研究选取 6个与面筋强度正相关
基因(位点)的分子标记构建多重 PCR体系, 用 12份
已知基因型的材料验证, 鉴定陕西小麦品种相关基
因(位点), 为小麦种质资源评价和品质分子聚合育
种提供高效的选择方法, 为小麦品质遗传改良提供
依据。
1 材料与方法
1.1 小麦品种
选用 Glu-A1、Glu-B1、Glu-D1、Glu-A3、Glu-B3
位点及 1B·1R 易位上包含各种等位变异类型的材料
12 份(表 1), 用于多重 PCR 体系的开发和验证。以
62 个陕西历史上和目前推广的小麦品种为待测材料,
它们基本上反映了陕西小麦育种和生产的品种现
状。
1.2 PCR引物序列及扩增条件
以已知对照材料目标基因组成与标记引物扩增
特异条带大小为依据, 采用标准的 PCR反应体系[21],
对构建多重 PCR体系所涉及 Axnull、Bx7OE、Dx5、
Glu-B3i、Glu-A3d 和 Glu-B3 基因(位点)的标记, 进
行退火温度的梯度 PCR, 确定每个标记引物适宜的
退火温度区间(表 2)。
多重 PCR 反应体系为 20 μL, 包括 1×PCR
buffer (1.5 mmol L−1 MgCl2)、200 µmol L−1 dNTP、
1.25 U Taq DNA聚合酶(北京全式金生物技术有限
公司)、100~150 ng模板 DNA和适量引物(表 2)。PCR
反应在 PTC-200型扩增仪中完成, 程序为 95℃预变性
5 min; 94℃变性 35 s, 63℃退火 35 s, 72℃延伸 40 s,
1944 作 物 学 报 第 37卷
表 1 构建多重 PCR体系所用的品种及其等位变异组成
Table 1 Wheat cultivars used in developing multiplex PCR system and their genotypes of glutenin protein
品种
Cultivar
Glu-A1 Glu-B1 Glu-D1 Glu-A3 Glu-B3
中国春 Chinese Spring Axnull Bx7+By8 Dx2+Dy12 Glu-A3a Glu-B3a
Ruso Ax2* Bx6+By8 Dx5+Dy10 Glu-A3c Glu-B3i
川 96003 Chuan 96003 Axnull Bx7+By9 Dx3+Dy12 Glu-A3c Glu-B3f
Orca Axnull Bx7 Dx2+Dy12 Glu-A3d Glu-B3d
扬麦 9号 Yangmai 9 Axnull Bx7+By9 Dx5+Dy10 Glu-A3a Glu-B3g
农大 99-5009 Nongda 99-5009 Axnull Bx7*+By8 Dx2+Dy12 Glu-A3d Glu-B3d
西农 8925-13 Xinong 8925-13 Ax2* Bx14+By15 Dx2+Dy12 Glu-A3d Glu-B3d
济麦 20 Jimai 20 Ax1 Bx13+By16 Dx4+Dy12 Glu-A3d Glu-B3b
皖麦 33 Wanmai 33 Ax1 Bx20 Dx5+Dy10 Glu-A3d Glu-B3g
德麦 3号 Demai 3 Ax1 Bx7OE+By8 Dx2+Dy12 Glu-A3a Glu-B3d
德麦 4号 Demai 4 Ax1 Bx7+By8 Dx5+Dy10 Glu-A3d Glu-B3j
CA9550 Ax2* Bx7+By8 Dx2+Dy12 Glu-A3c Glu-B3h
资料来自刘丽[20]和 Wang等[10-11]。仅德麦 4号为 1B·1R易位系。
Data are from Liu[20] and Wang et al. [10-11]. Demai 4 is the unique cultivar of 1B·1R translocation.
表 2 标记的引物序列及其预期扩增片段大小
Table 2 Sequences and expected amplification fragment sizes of the targeted genes (locus)
位点
Locus
引物用量
Concentration of primer
(µmol L−1)
引物序列
Primer sequence (5′–3′)
片段大小
Product size
(bp)
退火温度
Annealing temperature
(℃)
参考文献
Reference
0.150 F: ACGTTCCCCTACAGGTACTA Axnull
0.150 R: TATCACTGGCTAGCCGACAA
920 59.8–63.3 Lafiandra et al.[7]
0.125 F: CCACTTCCAAGGTGGGACTA Bx7OE
0.125 R: TGCCAACACAAAAGAAGCTG
844 57.1–63.3 Ragupathy et al.[9]
0.125 F: GCCTAGCAACCTTCACAATC Dx5
0.125 R: GAAACCTGCTGCGGACAAG
450 58.4–63.3 D’Ovidio & Anderson[6]
0.100 F: GGTACCAACAACAACAACCC Glu-B3
0.100 R: GTTGCTGCTGAGGTTGGTTC
636 61.1–63.3 van Campenhout et al.[8]
0.250 F: TTCAGATGCAGCCAAACAA Glu-A3d
0.250 R: TGGGGTTGGGAGACACATA
967 59.8–63.3 Wang et al.[10]
0.200 F: TATAGCTAGTGCAACCTACCATGlu-B3i
0.200 R: TGGTTGTTGCGGTATAATTT
621 58.4–63.3 Wang et al.[11]
37个循环; 最后 72℃延伸 8 min。采用 3.0%琼脂糖
凝胶, 于 150 V下电泳 2 h, 缓冲液体系为 1×TAE溶
液。电泳结束后用溴化乙锭对胶片染色、凝胶成像
系统照相观察。
2 结果与分析
2.1 多重 PCR体系的建立
明确构建体系所涉及的 6 对引物相同的退火温
度后, 按照原有引物、dNTP、DNA聚合酶等用量配
制多重 PCR体系, 进行 PCR扩增和电泳检测。然后
结合对照材料扩增的结果, 主要从引物用量、退火
温度、延伸时间和循环数等方面对体系进行调试优
化。针对 Glu-A3d 和 Glu-B3i 基因标记扩增产物量
极少而 Glu-B3位点标记扩增产物量过大的问题, 在
增加 Glu-A3d和 Glu-B3i标记的引物用量同时, 减少
Glu-B3 位点标记的引物用量; 出现多数基因标记引
物扩增产物量较少的问题时, 增加反应循环数; 出
现较多杂带时, 逐步提高退火温度并减少反应体系
的延伸时间。最终, 在多重 PCR 体系中, 使每个标
记引物在含目标基因(位点)的已知对照材料中扩增
出清晰的特异条带, 而在不含目标基因(位点)的已
知对照材料中无特异条带出现。
通过不断调试, 最终构建了同时检测 6 个目标
基因的多重 PCR 体系。在 12 份已知基因组成的对
第 11期 梁 强等: 强筋小麦分子标记多重 PCR体系的构建与应用 1945
照材料中, 德麦 4号和皖麦 33等 6份材料扩增出了
967 bp条带; 中国春和扬麦 9号等 5份材料产生 920
bp扩增带; 仅德麦 3号扩增出 844 bp条带; 中国春、
Ruso、德麦 3 号、CA9550、皖麦 33 和扬麦 9 号等
11 份材料产生 636 bp 的扩增带 , 说明它们属非
1B·1R 易位系 , 仅德麦 4 号未扩增出该条带 , 是
1B·1R易位系; Ruso产生 621 bp条带; Ruso、德麦 4
号、皖麦 33和扬麦 9号扩增出 450 bp条带, 而其他
8份材料未扩增出该条带(图 1和表 1)。可以看出, 利
用构建的多重 PCR体系检测对照材料, 目标基因的
检测结果与对照材料的已知结果完全一致。
2.2 小麦品种谷蛋白亚基位点的多重 PCR鉴定
在 62个品种中, 小偃 597等 21个品种扩增出
967 bp 的条带, 说明这些品种在 Glu-A3 位点携带
Glu-A3d基因。西农 1376等 27份品种中扩增出 920
bp条带, 表明它们在 Glu-A1位点含 Axnull基因, 而
其余 35 份品种含 Ax1 或 Ax2*基因。西农 979 等 40
份品种中扩增出 636 bp条带, 陕 229等 22份品种未
扩增出该条带 , 说明西农 979 等 40 份品种为非
1B·1R易位系; 矮丰 1号品种扩增出 621 bp条带, 说
明该品种在 Glu-B3位点存在 Glu-B3i基因。陕麦 159
等 6 份品种扩增出 450 bp 特异条带 , 即它们在
Glu-D1位点存在 Dx5基因。所有参试品种未扩增出
844 bp的条带, 即在 Glu-B1位点不存在 Bx7OE基因
(图 2和表 3)。
2.3 陕西省小麦优质位点组成与分布
62个陕西品种中共发现 13种目标基因(位点)
组合类型, 其频率为 1.6%~25.8%。其中, 不含优质
目标亚基基因(位点)的品种占 6.5%。含 1、2、3 和
4个目标基因(位点)的组合类型分别有 4、4、3和 1
种, 依次占参试品种的 33.9%、48.3%、9.7%和 1.6%。
在含 1 个优质目标基因 (位点 )的品种中 , 以携带
图 1 Axnull、Bx7OE、Dx5、Glu-B3、Glu-A3d和 Glu-B3i位点标记的多重 PCR扩增产物琼脂糖凝胶电泳图谱
Fig. 1 Electrophoresis of amplified fragments with primers specific for genes (locus) Axnull, Bx7OE, Dx5, Glu-B3, Glu-A3d, and
Glu-B3i in a single PCR reaction
M: DNA分子量标准 D2000; 1: 中国春; 2: Ruso; 3: 德麦 3号; 4: 德麦 4号; 5: CA9550; 6: 皖麦 33; 7: 扬麦 9号。目标条带的分子量
为 450 bp (Dx5)、621 bp (Glu-B3i)、636 bp (Glu-B3)、844 bp (Bx7OE)、920 bp (Axnull)和 967 bp (Glu-A3d)。
M: DNA maker D2000; 1: Chinese Spring; 2: Ruso; 3: Demai 3; 4: Demai 4; 5: CA9550; 6: Wanmai 33; 7: Yangmai 9. The sizes of target
bands are 450 (Dx5), 621 (Glu-B3i), 636 (Glu-B3), 844 (Bx7OE), 920 (Axnull), and 967 bp (Glu-A3d).
图 2 部分陕西小麦品种 Axnull、Bx7OE、Dx5、Glu-B3、Glu-A3d、Glu-B3i位点的多重 PCR检测结果
Fig. 2 Results of multiplex PCR detection of genes (locus) Axnull, Bx7OE, Dx5, Glu-B3, Glu-A3d, and Glu-B3i in partial wheat
cultivars from Shaanxi province
M: DNA分子量标准 D2000; 1: 陕 229; 2: 西农 1376; 3: 西农 979; 4: 陕麦 159; 5: 丰产 3号; 6: 矮丰 1号; 7: 陕 253; 8: 小偃 597;
9: 小偃 6号; 10: 小偃 22; 11: 阎麦 8911; 12: 蚰子麦。扩增带的分子量依次为 450 (Dx5)、621 (Glu-B3i)、636 (Glu-B3)、920 (Axnull)
和 967 bp (Glu-A3d)。
M: DNA maker D2000; 1: Shaan 229; 2: Xinong 1376; 3: Xinong 979; 4: Shaanmai 159; 5: Fengchan 3; 6: Aifeng 1; 7: Shaan 253;
8: Xiaoyan 597; 9: Xiaoyan 6; 10: Xiaoyan 22; 11: Yanmai 8911; 12: Youzimai. The sizes of amplified bands are 450 (Dx5), 621 (Glu-B3i),
636 (Glu-B3), 920 (Axnull), and 967 bp (Glu-A3d).
1946 作 物 学 报 第 37卷
表 3 陕西小麦品种优质位点组合类型与分布
Table 3 Combinations and distribution of high quality loci in Shaanxi wheat cultivars
位点组合
Combination of loci
品种
Cultivar
频率
Frequency (%)
None 西农 1376, 陕农 7859, 秦麦 1号, 秦麦 9号 6.5
Ax1 or Ax2*
陕 229, 陕 354, 陕农 138, 西农 2208, 西农 8727, 西农 9871, 小偃 216,
新洛 11 12.9
Non-1B/1R 小偃 22, 宝麦 1号, 高优 503, 西农 3517, 长武 521, 铜麦 4号, 蚰子麦,
碧蚂 1号 12.9
Glu-A3d 小偃 128, 小偃 597, 阎麦 9710, 陕 8007 6.5
Dx5 运 9805 1.6
Ax1 or Ax2*/Non-1B·1R 陕 253, 陕麦 139, 陕麦 150, 西农 383, 西农 881, 西农 979, 西农 2611,
西农 9718, 远丰 175, 新麦 10 号, 小偃 107, 长武 134, 长旱 58, 咸农 151,
宝麦 6号, 晋麦 54
25.8
Glu-A3d/Non-1B·1R 小偃 54, 小偃 168, 丰产 3号, 碧蚂 4号, 秦农 142, 豫麦 34, 豫麦 47 11.2
Dx5/Non-1B·1R 登峰 168, 晋太 170, 长 6359 4.8
Ax1 or Ax2*/Glu-A3d 阎麦 8911, 陕农 78, 武农 148, 武农 986 6.5
Ax1 or Ax2*/Glu-A3d/Non-1B·1R 小偃 6号, 矮丰 3号, 陕优 225, 商麦 9215 6.5
Ax1 or Ax2*/Dx5/Glu-A3d 陕麦 159 1.6
Ax1 or Ax2*/Dx5/Non-1B·1R 陕 512 1.6
Ax1 or Ax2*/Glu-A3d/Glu-B3i/Non-1B·1R 矮丰 1号 1.6
Ax1/Ax2*基因或 Glu-B3 位点的品种为主; 在含 2 个
目标基因(位点)的品种中, 以 Ax1/Ax2*和 Glu-B3 组
合类型为主; 含 3个目标位点的品种中, Ax1/Ax2*、
Glu-A3d 和 Glu-B3 组合类型为主; 没有发现同时含
5 或 5 以上目标优质亚基基因(位点)组合的品种(表
3)。从以上分析可以看出, 陕西小麦聚合多个强筋亚
基基因品种的比例较少。
3 讨论
面筋强度主要受 HMW-GS和 LMW-GS组成及
其表达量和 1B·1R易位等因素的影响[22]。开发一种
高效且不受季节和样品种类限制、能在小麦生长发
育早期即可检测其 HMW-GS和 LMW-GS组成的方
法, 有助于加快小麦品质遗传改良的进度。传统的
SDS-PAGE 方法需要以小麦籽粒或面粉作为样品,
检测过程比较耗时, 且不易或很难分辨迁移率接近
或相同的亚基[23], 影响检测结果的可靠性。分子标
记检测样品可以是植株任何部位的组织, 取样不受
小麦生长季节和样品种类限制, 操作过程比较简单;
而与单一 PCR方法相比, 多重 PCR一次可以同时检
测多个目标基因, 具有低成本、易操作、高效率等
优点, 适合目标位点的分子辅助选择聚合育种。
在 Glu-A1 位点, 普通小麦一般表达 3 种亚基,
即 Null、1和 2*类型[24]。通过鉴定 Axnull基因可间
接检测该位点是否存在优质亚基。1B·1R 易位系缺
失 Glu-B3 位点, 因此携带 Glu-B3 位点可判定为非
1B·1R易位系。本研究构建的多重 PCR检测体系, 涉
及 Glu-A1、Glu-B1、Glu-D1、Glu-A3和 Glu-B3共 5
个位点, 直接检测 Axnull、Bx7OE、Dx5、Glu-A3d、
Glu-B3i 和 Glu-B3 基因(位点), 可最终检测 Ax1 或
Ax2*、Bx7OE、Dx5(+Dy10)、Glu-A3d 和 Glu-B3i 基
因, 以及判定是否为 1B·1R 易位系。与前人建立的
多重 PCR体系[12-19]相比, 我们建立的多重 PCR体系
涉及更多位点, 检测效率更高, 更适合用于小麦品
质分子聚合育种。
从本文检测的结果来看, 在 Glu-A1 位点, 优质
亚基基因 Ax1 或 Ax2*在陕西小麦品种中的频率
(56.5%), 高于国内其他地区育成品种的频率(30.6%~
42.6%); 但在 Glu-D1位点对品质贡献最大亚基基因
Dx5(+Dy10)在供试品种中的频率仅 9.6%, 低于国内
其他地区育成品种的频率 (15.7%~18.6%)[25]; 在
Glu-B1 位点, 未发现携带 Bx7OE 基因的品种; 而在
Glu-A3 位点, 具有较好面筋强度亚基的 Glu-A3d 基
因的频率为 33.9%, 明显高于我国东北春麦区(7.9%)
和西北春麦区(19.8%)[26]; 在Glu-B3位点, 含有对面
筋强度有正向效应亚基 Glu-B3i基因的频率仅 1.6%,
低于 CIMMYT 小麦品种(系)的频率(9.2%)[11]。陕西
小麦 1B·1R 易位品种的频率, 与黄淮麦区品种的检
测频率[17]基本一致。
本研究表明, 陕西小麦品种以携带单个或 2个
第 11期 梁 强等: 强筋小麦分子标记多重 PCR体系的构建与应用 1947
目标基因(位点)组合类型的品种为主, 含 3个或 4个
优质亚基基因(位点)组合的品种很少 , 不存在 5 个
及以上基因 (组合 )类型的品种 (表 3)。Shewry 和
Tatham[27]研究表明, HMW-GS基因的表达数目与二
硫键(与面筋强度有关)总量间存在剂量关系。赵会
贤等[28]在 Suneca×Cook杂交组合的 F4代群体中发现,
Glu-1和Glu-3位点优质基因的数量对面团的强度具
有累加效应。Barro等[29]将优质亚基基因 Ax1和 Dx5
导入小麦品系后, 面筋强度随着表达优质亚基数目
的增多而增强, 说明增加与面筋强度有正向效应的
优质亚基的数目可提高小麦面筋强度。然而, 随着
蛋白质含量和面筋强度的增加, 面条质地的强度随
之增加 , 口感变硬 , 色泽外观有变劣趋势; 面筋强
度过高 , 加工的面条回缩 , 变厚增粗 , 煮面时间增
长, 面条表面结构受到破坏, 发黏, 色泽差, 进而总
体品质变劣[30]。刘爱华等[31]认为, 随着蛋白质含量
和面筋强度的增加, 馒头体积变大, 但外观有变劣
趋势, 如出现烫斑、气泡、塌坑等现象。He等[32]提
出, 中弱筋品种适合加工手工馒头, 中强筋的品种
适合做面条, 而强筋品种适合加工面包。面条和馒
头是陕西地区小麦加工的主要传统食品种类, 因此
陕西省小麦品种中目标基因(位点)的分布特点与当
地居民的饮食习惯和加工食品类型有关。
由于陕西省缺乏强筋小麦品种, 所以应重视引
入国内外含优质基因 Bx7OE、Dx5+(Dy10)和 Glu-B3i
等的种质资源, 并与当地广适性和高产的品种杂交,
利用本研究构建的多重 PCR体系进行品质相关位点
基因的检测, 利用分子标记辅助选择聚合有利基因,
从而加快育种和品质改良。
4 结论
构建了涉及 Axnull、Bx7OE、Dx5、Glu-B3i、
Glu-A3d基因和 Glu-B3位点的分子标记多重 PCR体
系 , 其鉴定结果可靠 , 实验成本低 , 可用于小麦育
种亲本评价和杂交后代强筋谷蛋白亚基位点聚合的
分子标记辅助选择。利用该体系检测的 62份陕西小
麦品种中, 含 1或 2个目标优质亚基基因(位点)的品
种较多, 含 3个目标基因(位点)的较少, 含 4个的更
少, 没有含 5个或 5个以上目标基因(位点)的品种。
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