全 文 ：HEREDITAS (Beijing) 2008年 5月, 30(5): 633―641
ISSN 0253-9772 www.chinagene.cn 研究报告

收稿日期: 2007−10−28; 修回日期: 2007−12−20
基金项目: 教育部新世纪优秀人才支持计划(编号: NCET-06-0819), 教育部全国优秀博士论文基金(编号: 200458), 国家自然科学基金(编号: 30671272,
30370882)和国家 863计划项目(编号: 2006AA10Z179, 2006AA10Z1F8)资助[Supported by New Century Excellent Talents in University (No.
(NCET-06-0819), The Foundation for Author of National Excellent Doctoral Dissertation of China (No.200458), The National Natural Science
Foundation of China (No. 30671272, 30370882) and High Technology 863 Program (No. 2006AA10Z179, 2006AA10Z1F8)]
作者简介: 曾节 (1982−), 女, 四川泸洲人, 硕士研究生, 研究方向: 小麦遗传育种。Tel: 028-87283949; E-mail: chuannong58@sina.com
通讯作者: 颜泽洪(1970−), 男, 土家族, 重庆石柱县人, 博士, 副研究员, 硕士生导师。研究方向: 小麦遗传育种。Tel: 028-87283949; E-mail:
zhyan104@163.com
DOI: 10.3724/SP.J.1005.2008.00633
带芒草属低分子量谷蛋白基因的克隆及序列分析
曾节, 代寿芬, 郑有良, 刘登才, 魏育明, 颜泽洪
四川农业大学小麦研究所, 都江堰 611830
摘要: 在普通小麦中获得了大量的低分子量谷蛋白基因序列, 而在小麦近缘属物种中获得的同源基因则比较少,
导致对麦类低分子量谷蛋白基因家族成员间的关系还不清楚。因此, 进行近缘属物种低分子量谷蛋白基因的研
究是非常必要的。此研究通过特殊设计的 1 对引物, 以小麦近缘属带芒草物种的基因组 DNA 为模板, 经过 PCR
和克隆, 从中得到了一条核苷酸序列长度为 1 035 bp, 推测的氨基酸序列为 343 个氨基酸残基的低分子量谷蛋
白基因, 该基因序列具有小麦低分子量谷蛋白基因的典型特征, 包括 21 个氨基酸残基的信号肽、13 个氨基酸
的 N-端和由可重复的短肽单元组成的重复区以及 1 个 C 末端。序列比对结果揭示了来自带芒草的低分子量谷
蛋白基因与小麦同源基因的差异及相互关系。此研究结果对从带芒草属以及其他小麦近缘属物种中分离未知低
分子量谷蛋白基因有参考价值和借鉴意义。
关键词: 带芒草属; 低分子量谷蛋白; 基因克隆; 序列分析
Isolation and characterization of a low molecular weight glutenin
gene from Taenitherum Nevski
ZENG Jie, DAI Shou-Fen, ZHENG You-Liang, LIU Deng-Cai, WEI Yu-Ming,
YAN Ze-Hong
Triticeae Research Institute, Sichuan Agricultural University, Dujiangyan 611830, China
Abstract: More and more low-molecular-weight glutenin(LMW glutenin) genes were isolated and characterized from
hexaploid wheat (Triticum aestivum L.). However, few homologous genes were obtained from its relative species, which
limited our understanding of the relationships among them. Therefore, it is necessary to isolate LMW glutenin homologous
genes from wheat wild relative species. Using a pair of specific oligonucleotide PCR primers for Taenitherum genomic
DNA, a LMW glutenin gene sequence, with nucleotide sequence in 1 035 bp and deduced amino acid sequence with 343
amino acid residues, was obtained. This sequence was a typical LMW glutenin sequence and characterized by a signal pep-
tide of 21 amino acid residues, a N-terminal conservative domain of 13 amino acid residues, a repetitive domain of short
peptide, and a C-terminal conservative domain. Sequence alignment showed the main differences and the relationships be-
tween LMW glutenin genes from wheat and Taenitherum. The results presented here give a reference to isolate LMW glu-
tenin gene from Taenitherum, as well as other wheat wild relatives.
Keywords: Taenitherum; LMW glutenin; gene cloning; sequence analysis

634 HEREDITAS (Beijing) 2008 第 30卷


低分子量谷蛋白是小麦种子胚乳中的一类重要
的种子贮藏蛋白, 其总量占小麦谷蛋白 60%以上[1]。
在普通小麦中, 低分子量谷蛋白主要由第一同源群
染色体短臂上的 Glu-3位点控制, 对应于 1A、1B和
1D 染色体的位点分别为 Glu-A3、 Glu-B3 和
Glu-D3[2,3]。鉴于低分子量谷蛋白与小麦加工品质的
密切关系[4,5], 已有大量的小麦低分子量谷蛋白基因
被分离、克隆和测序[6~19]。同时, 也进行了许多低分
子量谷蛋白亚基与小麦品质的关联分析, 找到了一
些可能与小麦优良加工品质相关的一些基因[20~22]。
因此, 对小麦中低分子量谷蛋白及其基因的研究已
经比较清楚。根据低分子量谷蛋白的电泳迁移率 ,
可将其分为 B、C和 D型[23, 24]。根据小麦低分子量
谷蛋白基因的核苷酸和氨基酸序列, 可将其分为 I、
L和 M型等类型[25]。根据低分子量谷蛋白基因 N端
区氨基酸序列, 可将一些基因类型定位于六倍体普通
小麦和四倍体小麦的特定染色体上。如 N端氨基酸序
列为 ISQQQ-、MDTSCIP-和METSCIP-的被定位于 1A
染色体上[26~28]; MENSHIP-和METSHIPS-被定位于 1B
染色体上[27~29]; METSRV-、METSHIPG-、METRCIP-
和METSCIS-被定位于 1D染色体上[27,28]。
小麦有众多的近缘属、种, 在这些物种中存在
很多低分子量谷蛋白的等位变异新类型, 并且很多
是栽培普通小麦中所没有的, 为了认识和利用蕴藏
在这些物种中丰富的低分子量谷蛋白基因的遗传变
异新类型, 在小麦近缘属物种中已开始了对这些低
分子量谷蛋白基因等位变异的研究。如, 在山羊草
属节节麦(含 D染色体组)和钩刺山羊草物种(含 C和
U染色体组)中已经进行了低分子量谷蛋白基因的克
隆和序列分析, 从中发现这些基因与六倍体小麦的
非常类似 [30~32]; 同样, 对应于小麦属和山羊草属等
低分子量谷蛋白基因, 在大麦属(含 H或 I染色体组)
也报道了类似的基因序列, 可以认为是其等位变异
类型。如 Piston等[33]发现大麦的这类基因缺失了 N-
端区, 信号肽后直接是重复区; Hou 等[34]从大麦中
得到了 Ht1、Ht2、Ht3 等 3 个类似于小麦低分子量
谷蛋白基因的序列, 它们与 M 型低分子量谷蛋白序
列非常相似; 在偃麦草属中, Luo等[35]从长穗偃麦草
中(含 Ee染色体)克隆和测序了 9 个低分子量谷蛋白
基因, 发现了 2个属于典型的M型和 7个新类型, 如
半胱氨酸在信号肽没有, 而仅存在于 N-端重复区;
Shang等[36]从黑麦(含 R染色体组)中分离了 3个对应
于小麦低分子量谷蛋白基因的同类蛋白基因, 它们
也属于 M型。这些研究对认识和利用小麦野生近缘
物种中丰富的低分子量谷蛋白基因类型, 从而进一
步将它们应用于小麦品质遗传改良奠定了前期理论
基础。但由于所研究的物种毕竟还很少, 对这些物
种中低分子量谷蛋白基因的认识和研究还是相当有
限的 , 限制了对这些新的遗传变异基因类型的利
用。与此同时, 由于缺乏在物种间进行低分子量谷
蛋白基因的横向比较研究, 导致了人们尚不清楚小
麦低分子量谷蛋白基因与小麦近缘属物种的同类基
因在分子序列的差异和进化关系。因此, 进行更多
物种低分子量谷蛋白基因的研究对于认识和利用小
麦野生近缘物种的低分子量谷蛋白基因仍然是必需
的, 更待进一步补充和完善。
带芒草属(Taenitherum Nevski)是与小麦和其他
小麦近缘属亲缘关系都比较远的一个属, 染色体组
数目为 2n=2x=14, 染色体组组成为 TaTa。带芒草属
含有 3 个相互生殖隔离的种 , 女妖头带芒草 (Ta.
caput-medusae)、长发带芒草(Ta. crinitum)和糙稃带
芒草(Ta. asperum)[37, 38], 但它们具有非常近似的染
色体组, 同源性极高, 在演化上已形成各自独立的
基因库[38]。这些特性导致了它们与小麦和其他小麦
近缘属物种在天然的非人为干预状态下进行低分子
量谷蛋白基因交流的可能性非常小, 是研究低分子
量谷蛋白基因在小麦族物种间比较研究与认识的好
材料。本文报道了从带芒草属中分离低分子量谷蛋
白基因的结果。
1 材料和方法
1.1 材料
随机选取了 1 份由美国国家种质基因库
(USDA-ARS)提供的长发带芒草(Ta. crinitum Nevski)
居群 PI220590为研究对象。
1.2 DNA 提取
选取 30粒种子室温培养 10 d, 剪取叶片用液氮
研磨成细粉末后用 2 × CTAB 法提取基因组总
DNA, 具体操作按 Yan等[39]的方法进行。
1.3 PCR扩增
为了尝试在带芒草中扩增出低分子量麦谷蛋白
基因的完整编码区, 根据 NCBI 数据库的麦类低分
子量谷蛋白基因序列 , 设计了以下引物 : P1,
5′-ATGAAGACCTTCCTCATCTTT-3′(对应的氨基酸
序列为MKTFLIF)和 P2: 5′-TTATCAGTAGGCAGCA

第 5期 曾节等: 带芒草属低分子量谷蛋白基因的克隆及序列分析 635


AC -3′(反向互补序列对应的氨基酸序列为 VAAY**,
*为终止密码子), 该对引物分别位于低分子量谷蛋
白基因编码区的信号肽和 C末端。
PCR 反应在总体积为 25 µL 的体系中进行, 其
中含 10×ExTaq PCR buffer 2.5 µL, 1.5 mmol/L MgCl2
2 µL, 4种各 200 µmol/L的 dNTP 2 µL, 50 µmol/L 引
物各 1.5 µL, 1 U ExTaq 酶, 200～300 ng 基因组
DNA, 加双蒸水至总体积 25 µL。PCR反应程序为:
94℃预变性 4 min, 然后 94℃变性 1 min, 56℃复性 1
min, 72℃延伸 1 min进行 35个循环, 最后 72℃延伸
10 min。PCR扩增产物在 1%琼脂糖凝胶上分离, 90
W恒定功率下电泳。
1.4 PCR片段克隆、序列测定与分析
将扩增的 DNA 条带回收、纯化并连接于
pMD18-T 载体。连接产物转化大肠杆菌 DH10B 感
受态细胞, 在含 50 µg/µL的氨苄培养基上进行培养,
具体操作见以前发表的文献[39]进行。从转化子中挑
选 3 个阳性克隆利用载体上的 M13F 和 M13R 引物
进行双向测序。利用 NCBI网址(http://www.ncbi.nlm.
nib.gov/BLAST/)中的 blast 等分析软件进行 DNA序
列拼接、核苷酸与氨基酸序列分析。
2 结果与分析
2.1 PCR扩增、目的片段回收与 T-载体克隆
用引物 P1和 P2对长发带芒草 PI220590基因组
总 DNA 进行 PCR 扩增, 结果获得了阳性扩增, 在
1.0%琼脂糖上电泳分离, 可见 1 条约 1 000 bp 的
DNA 片段(图 1)。此片段大小与小麦低分子量谷蛋
白基因编码区的长度接近。故对此目的片段进行回
收、纯化, 连接到载体上并转化大肠杆菌 DH10B感
受态细胞。经转化, 获得了阳性克隆并对其测序。
2.2 带芒草低分子量谷蛋白基因序列分析
经过测序, 从带芒草中得到 1 个类似于普通小
麦低分子量谷蛋白基因的序列, 其核苷酸序列长度
为 1 035 bp(图 2), 该序列在 GenBank数据库的编号
为 EU350087。根据通用三联体密码将测序结果翻译
为氨基酸序列。结果显示, 该序列具有单一完整的
开放阅读框(ORF), 包含 345个氨基酸残基(图 2)。具
有与小麦低分子量谷蛋白基因完全一致的典型结构。
其典型结构是, 由 20 个氨基酸残基组成的信号肽, 然
后是 13 个氨基酸残基组成的 N-端区。N-端区之后是
由富含谷胺酰胺(Gln-, Q)和脯氨酸(Pro-, P)的多个重
复单元组成的重复区, 最后是保守的 C-末端区。

图 1 PCR扩增的带芒草低分子量谷蛋白基因片段在 1%
琼脂糖电泳分离
M: DNA分子量标准; 1: 带芒草 PCR产物。
Fig. 1 Separation of DNA fragment of LMW glutenin gene of
Taenitherum on 1% agarose gel
M: DNA marker; 1: PCR product of Taenitherum.

2.3 带芒草低分子量谷蛋白基因与麦类已知同源
基因的比较
对获得的带芒草低分子量谷蛋白序列在 NCBI
数据库进行检索, 检索时分别以全长氨基酸序列以
及信号肽的前 21个核苷酸(5′-ATGAAGACCTTCCT-
CATCTTT-3 ′ )和由这段序列编码的 7 个氨基酸
(MKTFLIF)、N 端的前 18 个核苷酸(5′-ATGGAGA-
CTAGCCGCGTC-3′)和由这段序列编码的 6 个氨基
酸(METSRV), C端的含双终止密码的后 18个核苷酸
(5′-GTTGCTGCCTACTGATAA-3′)和由这段序列编
码的 4个氨基酸VAAY, 对核苷酸和蛋白质数据库分
别进行提问。对于全长氨基酸序列选取相似性最高
的 4 个序列和最低的 1 个序列, 其他的均选取与检
索条件为 100%匹配的序列, 将这些序列号及其染色
体来源分别列于表 1和表 2。
从表 1 可以看出, 与带芒草低分子量谷蛋白基
因(Ta LMW glutenin)全长氨基酸序列一致性最高的
是 ABI21861, 只有 66%, 最低的仅 55%。显示了它
与已经报道的麦类低分子量谷蛋白基因序列差异较
大。图 3 显示了它与氨基酸序列一致性最高的低分
子量谷蛋白基因序列编码区长度大致相当, 但二者
的氨基酸组成上仍有很大差异, 发生多处氨基酸替
换、插入和缺失等。

636 HEREDITAS (Beijing) 2008 第 30卷



图 2 带芒草低分子量谷蛋白基因及其推测的氨基酸序列
Fig. 2 Nucleotide and the deduced amino acid sequences of the LMW glutenin gene of Taenitherum

表１ GenBank 数据库中与带芒草低分子量谷蛋白基因氨基酸序列一致性最高和最低的序列
Table 1 The sequences in the GenBank database with the highest and lowest identities with the LMW glutenin gene from Tae-
nitherum in amino acid sequences
GenBank 序列号
GenBank accession number
物种
Species
氨基酸序列一致性
Identities in amino acid sequences
参考文献
References
最高 Highest ABI21861 T. aestivum 230/346 (66%) [9]
ABM66823 Ae. geniculata 212/345 (61%) Jiang et al. Unpublished
BAB78754 T. aestivum 207/343 (60%) [7]
ABM73528 T. aestivum 207/343 (60%) Zhang et al. Unpublished
最低 Lowest AAV92010 T. aestivum 190/343 (55%) [40]

图 3 带芒草低分子量谷蛋白基因与其具有最高一致性的麦类低分子量谷蛋白基因的氨基酸序列比较
“.”指示氨基酸缺失, “-”指示相同氨基酸。
Fig. 3 Sequence alignment of Taenitherum genome encoded LMW glutenin gene with its highest identities homologous genes of
Triticeae
Dots indicate deletions in amino acid residues, and short bars indicate the identical amino acid residues.

从表 2 可以看出 , 与本研究所设计的上游引
物相同的这些麦类低分子量谷蛋白序列的物种来
源比较广泛 , 除一些不知道来源于普通小麦 A、B
和 D 以及四倍体 A 和 B 染色体的序列外 , 大部分

第 5期 曾节等: 带芒草属低分子量谷蛋白基因的克隆及序列分析 637


表 2 GenBank 数据库中与带芒草低分子量谷蛋白基因信号肽、N 端和 C 端检索序列完全一致的基因
Table 2 The LMW glutenin genes in the GenBank database with the same sequences with that of Taenitherum in terms of its partial
sequences in signal peptide, N-terminal, and C-terminal, respectively
区域
Domain
核苷酸序列
Nucleotide sequence
氨基酸序列
Amino acid sequence
染色体
Chromosomes
物种
Species
参考文献
References
信号肽
Signal peptide
AB062852
AB062863
AB062864
BAB78738
BAB78749
BAB78750
1B T. aestivum [7]
AB262661 BAE96110 1B T. aestivum Takeuchi et al. Unpublished
EF426564 ABO37957 1B T. turgidum [14]
Y14104 CAA74550 1B T. durum [29]
EF188289 ABM66826 1S Ae. longissima Jiang et al. Unpublished

AB062851
AB062865
AB062866
AB062867
BAB78737
BAB78751
BAB78752
BAB78753
1D T. aestivum [7]

DQ357052
DQ357053
DQ357057
DQ357058
ABC84361
ABC84362
ABC84366
ABC84367
1D T. aestivum [8]
DQ457419 ABE77188 1D T. aestivum [12]

AY831780
AY831781
AY831782
AY831784
AY831785
AY831787
AY831788
AAV91995
AAV91996
AAV91997
AAV91998
AAV91999
AAV92001
AAV92002
1D T. aestivum [40]


AY585349
AY585354
AY585355

AAT37861
AAT37862
1D Ae. tauschii [30]
AY841014 AAW28853 1D Ae. tauschii [31]

EF437420
EF437421
EF437422
EF437423
EF437424
EF437425
EF437426
ABO09761
ABO09762
ABO09763
ABO09764
ABO09765
ABO09766
ABO09767
1D Ae. tauschii

Zhao et al. Unpublished

DQ822593 DQ822595
ABI21861 Unkown T. aestivum [9]

AB119006 AB119007
BAD12055
BAD12056
Unkown T. aestivum [10]
AY542898 AAS66085 Unkown T. aestivum [11]
EU036695 ABV49594 Unkown T. aestivum ssp. yunnanense Fang et al. Unpublished
EF190883 ABM73527 Unkown T. aestivum Zhang et al. Unpublished
AB164415 AB164416
BAD42430
BAD42431
Unkown T. aestivum Funatsuki et al. Unpub-
lished
EF188292 ABM66829 Unkown T. zhukovskyi Jiang et al. Unpublished
EF188290 ABM66827 Unkown T. turgidum ssp. dicoccoides Jiang et al. Unpublished
EF371505 ABM91084 Unkown T. turgidum ssp. polonicum Song et al. Unpublished
DQ659333 DQ659334
ABG76849
ABG76850
Unkown T. turgidum Gao and Kong. Unpublished


EU159511
EU155393
EU155405
ABV72241 Unkown Th. ponticum × T. aestivum Unpublished

AY724439 AY724441
AAU43828
AAU43830
1E L. elongatum [35]
DQ659333 DQ659334
ABG76849
ABG76850
Unkown T. turgidum Chen et al. Unpublished
AY841016 1C 或 1U Ae. triuncialis [32]

638 HEREDITAS (Beijing) 2008 第 30卷


续表
区域
Domain
核苷酸序列
Nucleotide sequence
氨基酸序列
Amino acid sequence
染色体
Chromosomes
物种
Species
参考文献
References
AY695368 AAU06228 1H H. brevisubulatum ssp. turkestanicum [34]
X53690 X53691
CAA37729 1I H. vulgare [41]


DQ267476
DQ267478
DQ267479

ABB82613
ABB82614
1I H. vulgare ssp. vulgare [42]
X87232 CAA60681 1I H. vulgare [43]
X03103 CAA26889 1I H. vulgare [44]
DQ178602 DQ148297
ABA06537
AAZ76368
1I H. vulgare ssp. vulgare Han et al. Unpublished

N 端
N-terminal
AB062867
AB062866
AB062865
BAB78753
BAB78752
BAB78751
1D T. aestivum [7]

DQ357053 DQ357052
ABC84362
ABC84361
1D T. aestivum [8]


AY831788
AY831787
AY831786
AY831785
AY831784
AY831783
AY831781
AY831780
AY831779
AY831778
AY831777
AAV92002
AAV92001
AAV92000
AAV91999
AAV91998

AAV91996
AAV91995
AAV91994
AAV91993
AAV91992
1D T. aestivum [40]
AY585355 AAT37862 1D Ae. tauschii [30]
AY841014 AY841013
AAW28853
AAW28852
1D Ae. tauschii [31]

AY829369 AY829368
AAV86085
AAV86084
1R S. sylvestre [36]
AY841017 AAW28854 1C 或 1U Ae. triuncialis [32]
AY299457 AAP44991 Unkown T. aestivum ssp. tibeticum [13]
AY214450 AAO53259 Unkown T. aestivum Xu et al. Unpublished
EU159511 ABV72241 Unkown Th. ponticum × T. aestivum Chen et al. Unpublished

C 端
C-terminal
DQ146440 Unkown Th. ponticum × T. aestivum Chen et al. Unpublished
检索的序列条件: 信号肽核苷酸 5′-ATGAAGACCTTCCTCATCTTT-3′, 信号肽氨基酸 MKTFLIF; N 端核苷酸 5′-ATGGAGACTACCG-
CGTC-3′, N端氨基酸 METSRV; C端核苷酸 5′-GTTGCTGCCTACTGATAA-3′, C端氨基酸 VAAY。
Search criteria for nucleotide and amino acid sequences: signal peptide nucleotide sequence: 5′-ATGAAGACCTTCCTCATCTTT-3′ , signal
peptide amino acid sequence: MKTFLIF; N-terminal nucleotide sequence: 5′-ATGGAGACTACCGCGTC-3′, N-terminal amino acid sequence:
METSRV; C-terminal nucleotide sequence: 5′-GTTGCTGCCTACTGATAA-3′ , C-terminal amino acid sequence: VAAY.

来源于四倍体和六倍体小麦的 1B, 高大山羊草 1S
以及六倍体小麦和节节麦 1D 染色体组 , 同时 , 在
大麦的 1H和 1I染色体 , 以及长穗偃麦草 1E染色
体 , 以及钩刺山羊草的 1C 或 1U 染色体 , 均有这
类基因。而与本研究的下游引物的反向互补序列
相同的基因序列仅 1 个(DQ146440), 由于它为假
基因 , 在蛋白质数据库没有找到相应的蛋白质序
列号。而与 N 端前 18 个核苷酸和 6 个氨基酸分别
相同的序列除不清楚染色体来源的外 , 绝大多数
来源于普通小麦和节节麦的 1D染色体 , 也有来源
于黑麦 1R 和钩刺山羊草 1C 或 1U 染色体的基因
序列。
3 讨 论
在通过 PCR 方法进行同源基因克隆的过程中,
引物设计显得非常重要。为了提高获取目的基因(片

第 5期 曾节等: 带芒草属低分子量谷蛋白基因的克隆及序列分析 639


段)的概率, 研究者设计引物时往往选取某一个或特
定的某类基因序列作为模板来设计 PCR 引物。如,
在普通小麦中根据某 1个Glu-D3基因序列设计的引
物来扩增总会得到一些扩增产物[13]。与其他研究明
显不同的是, 本研究所设计的引物不是依赖于任何
一条低分子量谷蛋白基因序列, 也不是依赖于某条
染色体上的某类基因所设计出来的, 它的正向和反
向引物分别是根据氨基酸序列 MKTFLIF 和 VAAY
所设计出来的核苷酸序列, 通过这对引物我们在含
Ta 染色体组的带芒草物种中得到了目的片段扩增,
经过测序和序列比对分析最终表明它确系麦类低分
子量谷蛋白基因家族的成员。虽然本研究仅在 1 份
材料中获得了 1 个这样的基因序列, 但这并不是偶
然获得的。从表 1 所知 , 信号肽氨基酸序列为
MKTFLIF 的麦类低分子量谷蛋白基因是广泛存在
的, 在小麦 D 和 B[7,14,29], 山羊草 S、C 或 U[32], 大
麦 H和 I[34, 41~44]以及长穗偃麦 E染色体上[35]都有这
类低分子量谷蛋白基因, 也就是说本研究的正向引
物的物种选择性是非常小的。而对反向引物来说 ,
虽然仅查到唯一一个这样的假基因序列而依此设计
了反向引物, 但为了从中获得更多的低分子量谷蛋
白基因 , 完全可以设计出更多的反向引物与之组
合。更进一步, 也完全可以设计更多的正向引物来
进行组合。这样, 根据这种办法, 就完全有可能从未
知的物种中得到更多的低分子量谷蛋白基因。
在普通小麦中, 编码小麦低分子量谷蛋白基因
的位点位于第一同源群染色体短臂上的 Glu-3 复合
位点, 对应于 1A、1B 和 1D 染色体上的位点分别为
Glu-A3、Glu-B3和 Glu-D3[2,3]。同样, 在四倍体小麦和
二倍体的乌拉尔图小麦和节节麦中同样分别存在有类
似的 Glu-A3, Glu-B3和 Glu-D3基因位点[6,14,29,30,31]。在
一些小麦近缘属物种, 如黑麦和长穗偃麦草, 已经
发现了在这些物种中存在的小麦低分子量谷蛋白基
因的同源基因[35,36]。因此, 在这些物种中一定存在
类似的 Glu-3 基因位点, 但其确切的染色体位置仍
需研究才能确定。同样, 对本研究的带芒草物种, 仍
然应该有类似的相应基因位点存在, 本文建议命名
为Glu-Ta3位点, 同样如此, 其确切的染色体位置仍
然不清楚, 需要进一步研究才能确定。
根据低分子量谷蛋白基因的 N-末端区氨基酸
序列, 可分为 S、M和 I型, 其起始氨基酸分别为丝
氨酸(S)、甲硫氨酸(M)和异亮氨酸(I)。S型亚基占主
要部分, 其 N-末端区氨基酸序列以 SHIPGL-开始。I
型的N-末端主要有 IENSHIPG和 ISQQQQ两种类型,
M 型则有 3 种 METSHIPGL-、METSRVPGL-和
METSCIPGL-, 且以第一种居多 [11]。本研究从带芒
草中分离的基因属于类似于普通小麦M型的低分子
量谷蛋白新基因(图 2)。在普通小麦中, 利用低分子
量谷蛋白基因 N 端氨基酸序列的差异, 可将许多类
型定位在普通小麦、四倍体小麦甚至 A和 D染色体
组的二倍体供体物种中, 比如 N 端氨基酸序列为
METSRV-、METSHIPG-、METRCIP-和 METSCIS-
的四种类型就被准确定位于 1D 染色体上[7,8,30,31,40],
同样由于这些基因类型在上述物种的特异分布状态,
也就有研究者依据这些序列设计了一些特异区分这
些类型的标记[27,28]。从本研究的结果看, N端氨基酸
序列为 METSRV-的类型在普通小麦和节节麦中确
实是 D基因组特异的低分子量谷蛋白基因。但同时
不容忽视的是, 在黑麦 R 染色体组和四倍体的钩刺
山羊草的 C或 U染色体上同样找到了这种类型的基
因[32,36], 而在本研究的带芒草物种 Ta染色体组中同
样发现了这种类型。由于目前仅在小麦中获得了大
量的低分子量谷蛋白基因, 而在其他物种, 尤其是
小麦的近缘属物种中获得的低分子量谷蛋白基因很
少, 所以还不能把麦类低分子量谷蛋白基因家族中
成员之间的关系弄清楚。所以, 进行更多近缘属物
种低分子量谷蛋白基因的克隆和测序依然是必需的,
更待进一步的补充和完善。对于本研究而言, 我们将
加大对带芒草低分子量谷蛋白基因的研究以搞清楚该
属低分子量谷蛋白基因与小麦同源基因的关系。
参考文献(References):
[1] D’Ovidio R, Masci S. The low-molecular-weight glutenin
subunits of wheat gluten. J Cereal Sci, 2004, 39(3):
321−329.
[2] Singh NK, Shepherd KW. The structure and genetic con-
trol of a new class of disulphide-linked proteins in wheat
endosperm. Theor Appl Genet, 1988, 71(1): 79−92.
[3] Gupta RB, Shepherd KW. Two-step one-dimensional
SDS-PAGE analysis of LMW subunits of glutelin. 1.
Variation and genetic control of the subunits in hexaploid
wheats. Theor Appl Genet, 1990, 80(2): 65−74.
[4] Ruiz M, Carrillo JM. Separate effects on gluten strength
of Gli-1 and Glu-3 prolamine genes on chromosomes 1A
and 1B in durum wheat. J Cereal Sci, 1995, 21(2):
137−144.
[5] Luo C, Griffin WB, Branlard G, McNeil DL. Comparison
of low- and high molecular weight wheat glutenin allele
effects on flour quality. Theor Appl Genet, 2001, 102(6-7):

640 HEREDITAS (Beijing) 2008 第 30卷


1088−1098.
[6] DOvidio R, Tanzarella OA, Porceddu E. Nucleotide se-
quence of a low molecular weight glutenin from T. durum.
Plant Mol Biol, 1992, 18(4): 781−784.
[7] Ikeda TM, Nagamine T, Fukuoka H, Yano H. Identifica-
tion of new low-molecular-weight glutenin subunit genes
in wheat. Theor Appl Genet, 2002, 104(4): 680−687.
[8] Zhao XL, Xia XC, He ZH, Gale KR, Lei ZS, Appels R,
Ma W. Characterization of three low-molecular-weight
Glu-D3 subunit genes in common wheat. Theor Appl
Genet, 2006, 113(7): 1247−1259.
[9] WANG Yue-Sheng, XUN Jian-Bing, WANG Chang-Dong,
HE Guang-Yuan. Identification of a new low molecular
weight glutenin subunit gene in wheat. Journal of Wuhan
Botanical Research, 2005, 23(6): 511−513.
汪越胜 , 覃建兵, 汪长东, 何光源. 一个小麦低分子量
谷蛋白基因的分离 . 武汉植物学研究 , 2005, 23(6):
511−513.
[10] Maruyama-Funatsuki W, Takata K, Funatsuki H, Tabiki T,
Ito M, Nishio Z, Kato A, Saito K, Yahata E, Saruyama H,
Yamauchi H. Identification and characterization of a novel
LMW- glutenin gene of a Canadian Western Extra-Strong
wheat. J Cereal Sci, 2005, 41(1): 47−57.
[11] Cloutier S, Rampitsch C, Penner GA, Lukow O M. Clon-
ing and Expression of a LMW-i Glutenin Gene. J Cereal
Sci, 2001, 33(2): 143−154.
[12] Zhao XL, Xia XC, He ZH, Lei ZS, Appels R, Yang Y, Sun
QX, Ma W. Novel DNA variations to characterize low
molecular weight glutenin Glu-D3 genes and develop STS
markers in common wheat. Theor Appl Genet, 2007,
114(3): 451−460.
[13] WANG Zhi-Qing, LONG Hai, ZHENG You-Liang, YAN
Ze-Hong, WEI Yu-Ming, LAN Xiu-Jin. Cloning and
analysis of LMW-GS genes from Triticum aestivum ssp.
tibetanum Shao. Acta Genetica Sinica, 2005, 32(1):
86−93.
王志清 , 龙海 , 郑有良 , 颜泽洪 , 魏育明 , 兰秀锦 . 西
藏半野生小麦 LMW-GS 基因的克隆及序列分析. 遗传
学报, 2005, 32(1): 86−93.
[14] Gao S, Gu YQ, Wu J, Coleman-Derr D, Huo N, Crossman
C, Jia J, Zuo Q, Ren Z, Anderson OD, Kong X. Rapid
evolution and complex structural organization in genomic
regions harboring multiple prolamin genes in the poly-
ploid wheat genome. Plant Mol Biol, 2007, 65(1-2):
189−203.
[15] Cassidy BG, Dvorak J, Anderson OD. The wheat
low-molecular-weight glutenin genes: characterization of
six new genes and progress in understanding gene family
structure. Theor Appl Genet, 1998,96(6-7): 743−750.
[16] LONG Hai, WEI Yu-Ming, YAN Ze-Hong, ZHENG
You-Liang. Molecular cloning of a novel low molecular
weight glutenin subunit gene from wheat (Triticum aesti-
vum L.) cultivar Chuannong 16. Acta Agronomica Sinica,
2004, 30(12): 1179−1184.
龙海, 魏育明, 颜泽洪, 郑有良. 小麦新品种“川农 16”
低分子量谷蛋白亚基新基因的分子克隆 . 作物学报 ,
2004, 30(12): 1179−1184.
[17] LAN Xiu-Jin, LONG Hai, LIU Qian, YAN Ze-Hong, WEI
Yu-Ming, LIU Deng-Cai, ZHENG You-Liang. Cloning of
LMW-GS genes from synthetic hexaploid wheat ‘RSP’.
Scientia Agricultura Sinica, 2005, 38(8): 1691−1698.
兰秀锦 , 龙海 , 刘千 , 颜泽洪 , 魏育明 , 刘登才 , 郑有
良. 人工合成小麦 RSP 的 LMW-GS 基因克隆. 中国农
业科学, 2005, 38(8): 1691−1698.
[18] SHEN Lei, LONG Hai, YAN Ze-Hong, WEI Yu-Ming,
ZHENG You-Liang. Molecular cloning of a novel low
molecular weight glutenin subunit gene from wheat vari-
ety Chuanmai 42. Hereditas (Beijing), 2006, 28(1):
57−64.
沈蕾, 龙海, 颜泽洪, 魏育明, 郑有良. 小麦新品种“川
麦 42”低分子量谷蛋白亚基新基因的分子克隆. 遗传,
2006, 28(1): 57−64.
[19] Wang XY, Liu KF, Guo WZ. Cloning and expression of
low molecular weight glutenin genes from the Chinese
elite wheat cultivar Xiaoyan 54. J Integrat Biol, 2006,
48(2): 212−218.
[20] Madci S, D’Ovidio R, Lafiandra D, Kasarda DD. Charac-
terization of a low molecular weight glutenin subunit from
bread wheat and corresponding protein that represents a
major subunit of the glutenin polymer. Plant Physiol,
1998, 118(4): 1147−1158
[21] D’Ovidio R, Marchitelli C, Ercoli Cardelli L, Porcedu E.
Sequence similarity between allelic Glu-B3 genes related
to quality properties of Durum wheat. Theor Appl Genet,
1999, 98(4): 455−461.
[22] CHEN Hua-Ping, HUANG Qian-Ming, WEI Yu-Ming,
ZHENG You-Liang. Cloning of low-molecular-weight
glutenin subunit gene from Sichuan wheat landrace
AS1643 and its secondary structure prediction. Hereditas
(Beijing), 2007, 29(7): 859−866.
陈华萍, 黄乾明, 魏育明, 郑有良 . 四川小麦地方品种
AS1643 中低分子量谷蛋白基因的克隆及其蛋白质的
二级结构预测. 遗传, 2007, 29(7): 859−866
[23] Jackson EA, Holt LM, Payne PI. Characterisation of high
molecular weight gliadin and low-molecular-weight glu-
tenin subunits of wheat endosperm by two-dimensional
electrophoresis and the chromosomal localisation of their
controlling genes. Theor Appl Genet, 1983, 66(1): 29−37.
[24] Masci S, Rovelli L, Kasarda DD, Vensel WH, Lafiandra D.
Characterization and chromosomal localization of C-type
low-molecular-weight glutenin subunits in the bread

第 5期 曾节等: 带芒草属低分子量谷蛋白基因的克隆及序列分析 641


wheat cultivar Chinese Spring. Theor Appl Genet, 2002,
104(2-3): 422−428.
[25] Lew EJ, Kuzmicky DD, Kasarda DD. Characterization of
low molecular weight glutenin subunit by reverase phase
high performance liquid chromatography, sodium dodecy
sulfate polyacryl-amide gel electrophoresis and
N-terminal acid sequence. Cereal Chem, 1992, 69(5):
508−515.
[26] Zhang W, Gianibelli MC, Rampling LR, Gale KR. Char-
acterisation and marker development for low molecular
weight glutenin genes from Glu-A3 alleles of bread wheat
(Triticum aestivum. L). Theor Appl Genet, 2004, 108(7):
1409−1419.
[27] Van Campenhout S, Vander Stappen J, Sagi L, Volckaert G.
Locus-specific primers for LMW glutenin genes on each
of the group 1 chromosomes of hexaploid wheat. Theor
Appl Genet, 1995, 91(2): 313−319.
[28] Long H, Wei YM, Yan ZH, Baum B, Nevo E, Zheng YL.
Classification of wheat low-molecular-weight glutenin
subunit genes and its chromosome assignment by devel-
oping LMW-GS group-specific primers. Theor Appl Genet,
2005, 111(7): 1251−1259.
[29] DOvidio R, Simeone M, Masci S. Molecular characteri-
zation of a LMW-GS gene located on Chromosome 1B and
the development of primers specific for the Glu-B3 com-
plex locus in durum wheat. Theor Appl Genet, 1997, 95(7):
1119−1126.
[30] Johal J, Gianieelli MC, Rahman S. Characterization of
low-molecular-weight glutenin genes in Aegilops tauschii.
Theor Appl Genet, 2004, 109(5): 1028−1040.
[31] HUANG Zhuo, LONG Hai, YAN Ze-Hong, WEI Yu-Ming,
ZHENG You-Liang. Sequences analysis of low molecular
weight glutenin from a Aegilops tauschii accession with good
quality high molecular weight glutenin subunit combination
5+12. High Technology Bulletin, 2005, 15(7): 67−72.
黄卓, 龙海, 颜泽洪, 魏育明, 郑有良. 具有 5 + 12 优
质亚基节节麦的低分子量谷蛋白基因序列分析 . 高技
术通讯, 2005, 15(7): 67−72.
[32] LIN Na, YAN Ze-Hong, WEI Yu-Ming, ZHENG You-Liang.
Sequence analysis of LMW-GS genes from Aegilops triun-
cialis. J Agri Biotechnol, 2006, 14(4): 569−573.
林娜 , 颜泽洪 , 魏育明 , 郑有良 . 钩刺山羊草(Aegilops
triuncialis)低分子量谷蛋白基因序列分析. 农业生物技
术学报, 2006, 14(4): 569−573.
[33] Piston F, Martin A, Dorado G, Barro F. Cloning and mo-
lecular characterization of B-hordeins from Hordeum
chilense (Roem. et Schult.). Theor Appl Genet, 2005,
11(3): 551−560.
[34] Hou YC, Liu Q, Long H, Wei YM, Zheng YL. Charac-
terization of low-molecular-weight glutenin subunit genes
from Hordeum brevisubulatum ssp. turkestanicum. Bio-
logy Bulletin, 2006, 33(1): 35−42.
[35] Luo Z, Chen F, Feng D, Xia GM. LMW-GS genes in Ag-
ropyron elongatum and their potential value in wheat
breeding. Theor Appl Genet, 2005, 111(2): 272−280.
[36] Shang HY, Wei YM, Long H, Yan ZH, Zheng YL. Iden-
tification of LMW glutenin-like genes from Secale syl-
vestre Host. Russion J Genet, 2005, 41(12): 1372−1380.
[37] Frederiksen S, Bothmer R. Relationships in Taenia-
therum (Poaceae). Can J Bot, 1986, 64(10): 2343−2347.
[38] YEN Chi, YANG Jun-Liang. Biosystematic of Triticeae
(the second volume). Beijing: China Agricultural Press.
2005, 106−121.
颜济 , 杨俊良 . 小麦族生物系统学(第二卷). 北京 . 中
国农业出版社, 2005, 106−121.
[39] Yan ZH, Wan YF, Liu KF, Zheng YL, Wao DW. Identi-
fication of a novel HMW glutenin subunit and comparison
of its amino acid sequence with those of homologous
subunits. Chinese Sci Bull, 2002, 47(3): 220−225.
[40] Ozdemir N, Cloutier S. Expression analysis and physical
mapping of low-molecular-weight glutenin loci in hexap-
loid wheat (Triticum aestivum L.). Genome, 2005, 48(3):
401−410.
[41] Vicente Carbajosa J, Beritashvili DR, Kraev AS, Skryabin
KG. Conserved structure and organization of B hordein
genes in the Hor 2 locus of barley. Plant Mol Biol, 1992,
18(3): 453−458.
[42] HAN Zhao-Xue, QIAN Gang, PAN Zhi-Fen, DENG
Guang-Bing, WU Fang, TANG Ya-Wei, QIANG Xiao-Lin,
YU Mao-Qun. Cloning and characterization of four
B-hordein genes from Tibetan hull-less barley (Hordeum
vulgare subsp. vulgare). Acta Genetica Sinica, 2006,
33(10): 937−947.
韩兆雪 , 钱刚 , 潘志芬 , 邓光兵 , 吴芳 , 唐亚伟 , 强小
林, 余懋群. 西藏青稞 4个 B组醇溶蛋白基因的克隆和
特征. 遗传学报, 2006, 33(10): 937−947.
[43] Brandt A, Montembault A, Cameron MV, Rasmussen S.
Primary structure of a B1 hordein gene from barley.
Carlsberg Res Commun, 1985, 50(6): 333−345.
[44] Forde BG, Heyworth A, Pywell J, Kreis M. Nucleotide
sequence of a B1 hordein gene and the identification of
possible upstream regulatory elements in endosperm
storage protein genes from barley, wheat and maize. Nu-
cleic Acids Res, 1985, 13(20): 7327−7339.