利用回交法与Wx基因分子标记辅助选择培育糯性小麦

以中国春糯性位点全套近等基因系为研究材料,对小麦Wx基因的6个STS标记和1个CAPS标记进行了筛选。改良PCR扩增条件以及产物检测方式后,从这些标记中筛选出3个标记,包括鉴定Wx-A1、Wx-D1位点的2个共显性STS标记和Wx-B1位点的1个显性STS标记,用于本研究中糯性小麦的分子标记辅助育种。在育种过程中,首先配制全糯材料“98Y1441”与推广品种“川育12”的杂交组合,采用籽粒碘染法从其F2种子中选择全糯基因型个体与回交亲本川育12杂交,如此反复自交、回交,历经数代异地加代繁殖得到BC5F2代回交改良群体。利用上述3个分子标记从该群体中筛选出了8种Wx基因型,经卡方检验,其分离比符合3对基因的分离比例,其中基因型为aabbdd的植株有2株,直链淀粉含量分别为1.81%和0.82%,为全糯小麦;基因型为AAbbdd, aabbDD的部分糯性植株各有1株,直链淀粉含量分别为15.24%和17.57%。研究中获得的BC5 F2代群体的农艺性状接近回交亲本,并明显优于全糯材料“98Y1441”,表明采用回交法与Wx基因分子标记辅助选择相结合,有助于培育高产、优质的全糯和部分糯小麦。     

中国糯小麦研究进展

由于糯小麦缺失(Wx-A1、Wx-B1和Wx-D1)3对蜡质基因,其直链淀粉含量低于1%,因此在食品工业和非食品工业中有着巨大的应用价值.自20世纪90年代以来,糯小麦研究已成为国际热点.虽然我国开展糯小麦研究起步较迟,但在糯小麦Wx基因资源的筛选、糯小麦的遗传和育种、糯小麦淀粉品质评价等方面取得了较快的进展.本文就中国在上述领域的研究进展作一综述,并就糯小麦研究提出几点建议.     

利用多重PCR反应同时筛选番茄Cf-9和Tm-1基因

利用同一PCR反应体系,对分别与番茄抗叶霉病的Cf-9基因和抗番茄烟草花叶病毒病的Tm-1基因紧密连锁的PCR标记进行了同时扩增筛选,扩增的特异性片段与单引物扩增片段吻合。其中与Cf-9基因紧密连锁的CAPs标记在抗感试材均可扩增出560bp的特异片段,且都存在TaqⅠ酶切位点,抗病基因型酶切后分别产生了450bp、330bp和290bp的不同特异性片段,而感病基因型试材酶切后产生450bp和290bp的特异性片段;与Tm-1基因紧密连锁的SCAR标记为显性标记,只有抗病试材产生750bp的特异片段,不能被TaqⅠ酶切。经反复验证,结果稳定准确,可用于在同一PCR反应体系中对两个抗病基因进行同时筛选鉴定。该体系的建立不仅省时、省工、节省费用,而且可用于苗期辅助选育,加快番茄抗病育种进程。     

利用wx基因分子标记辅助选择培育糯性小麦

利用中国春及其缺体-四体对wx-B1基因的STS标记和wx-A1、wx-D1的微卫星(SSR)标记进行了定位.联合应用这2种分子标记,对12个小麦品种和5个高代糯麦株系做了鉴定,与Wx蛋白的SDS-PAGE结果一致;从组合江苏白火麦×关东107的F2分离群体中筛选出8种wx基因型,其中3种基因型(AD同缺型,BD同缺型和糯型)为自然界中所没有,并且培育出了国内首批糯性小麦品系.另外,应用SSR标记对江苏白火麦回交改良群体中个体进行辅助选择,得到了含wx-D1b的7D单体,为将来进一步改良糯性小麦的农艺性状提供广泛的遗传材料.利用wx基因分子标记辅助选择,可以加速培育糯性小麦的进程.     

应用实时荧光PCR技术定性定量检测改良品质的转基因小麦

目的:对转入高分子量谷蛋白亚基的小麦中转基因成分进行实时荧光PCR定性定量检测。方法:针对转基因小麦品系中通用的ubiquitin启动子,NOS终止子以及标记基因bar基因进行定性筛选检测,同时用已知为单拷贝的Wx012基因作为小麦物种内源特异参照基因,用单粒B73转基因小麦提取基因组DNA建立内源基因和外源基因的标准曲线,对转基因小麦样品A进行定量检测,同时优化实时荧光PCR条件反应条件。定量检测结果为5.35%。结果:研究的实时荧光PCR技术对转基因小麦中转基因成分能够快速准确地进行定性定量检测。     

小麦淀粉粒束缚淀粉合成酶基因多态性的分子鉴定

运用6％的SDS-PAGE对14个小麦品种成熟籽粒Wx蛋白的多态性进行了鉴定,结果表明,14个小麦品种根据其Wx蛋白的缺失情况可分为6种组合类型。另外,根据Wx-A1、Wx-D1和Wx-D1这3个位点基因序列和变异情况分别设计了PCR引物,扩增结果表明：Wx-A1位点突变材料扩增产物为327bp,正常材料中扩增不到该特异带;在Wx-B1位点扩增出187bp目标带,突变材料没有该扩增产物;在Wx-D1位点扩增出约700bp目标带,突变材料没有该特异带。与前人的研究结果相比,Wx-B1引物在3个位点的扩增产物长度更短,差异更大,在2％琼脂糖胶上即可清楚分开,缩短了鉴定时间,提高了效率,为大规模筛选优质面条小麦品种提供了可能。     

小麦Wx基因及其在农业生产中的潜在应用

围绕影响小麦品质的蜡质基因,介绍了小麦蜡质基因突变体筛选、蜡质基因对淀粉合成的影响、蜡质基因的分子遗传和蜡质小麦培育的研究近况,并对Wx基因的结构特征和分子标记辅助选择进行了分析,还就Wx基因的研究前景和问题作了分析和展望.     

利用回交结合Wx基因分子标记培育部分糯性小麦

颗粒结合型淀粉合成酶Ⅰ(GBSSI,Waxy蛋白)是小麦胚乳中直链淀粉合成的关键酶。小麦基因组中存在3个Waxy基因(Wx-A1、Wx-B1、Wx-D1)。在白火麦中Wx-D1位点的突变(Wx-D1b)引起Wx-D蛋白的缺失,导致直链淀粉含量下降,其面粉表现出部分糯性。与目前生产上推广品种相比,白火麦的农艺性状较差,产量非常低。为了培育农艺性状优良的部分糯性小麦,我们将白火麦与具有优良农艺性状的小麦品种PH85-16、济南17和烟农15(轮回亲本)分别进行杂交,后代分别与相应的三个轮回亲本回交五代,在每代中均选择农艺性状与轮回亲本相近并含有Wx-D1b的后代。在第六代自交后选择具有Wx-D1b的纯合体,选出的单株连续自交三代。获得了六个农艺性状与轮回亲本相似的品系,它们均携带纯合的Wx-D1b位点。研究表明采用回交的方法并结合基于Wx基因序列的分子标记技术,是培育优良部分糯性小麦的一种非常有效的方法。本研究培育出的部分糯性小麦品系可以直接用于大田生产。     

同源四倍体水稻籼型突变体Wx基因序列分析及特异识别分子标记的建立

同源四倍体水稻突变株D4063-1直链淀粉含量比来源二倍体明恢63下降一半,即其直链淀粉含量为5.23%。为研究其直链淀粉含量下降的原因, 根据普通水稻Wx基因设计引物, 扩增测序获得了D4063-1Wx基因的全序列, 并与已报道的Wx基因进行比对分析; 同源四倍体水稻D4063-1Wx基因最显著变化为在外显子序列中发生碱基缺失, 导致移码突变, 在第9外显子终止密码子提前出现。D4063-1Wx基因碱基位点的变化还导致其序列上酶切位点的变化,对常用限制性内切酶位点分析结果表明, 同源四倍体水稻相对于籼稻和粳稻多了2个sphⅠ酶切位点, 相对于粳稻减少了6个AccⅠ, 增加了4个XbaⅠ, 1个XhoⅠ, 1个PstⅠ和1个SalⅠ酶切位点。聚类分析表明D4063-1Wx基因序列与籼稻亲源关系较近, 由此推测D4063-1Wx基因来源于籼稻的Wxa基因型。另外, 根据D4063-1Wx基因的碱基差异, 推测D4063-1Wx基因外显子碱基变化导致的RNA加工障碍是其直链淀粉降低的主要原因, 并可能与其米饭较软等品质相关。本研究还根据D4063-1和籼稻、粳稻的序列差异及D4063-1在该片段上的特征序列位点设计了用于识别D4063-1的寡核苷酸片段,并作为PCR反应的引物命名为AUT4063-1,将该引物与作者设计的扩增普通籼稻、粳稻Wx基因的引物F5配合使用, 建立了识别D4063-1的显性和共显性两种检测方式的分子标记, 为快速、准确鉴别低直链淀粉含量突变体D4063-1创造了条件。     

纳米金增强复杂体系中PCR扩增低拷贝基因的反应特异性初步研究

目的：利用纳米金颗粒提高复杂体系基因组低拷贝基因PCR扩增的反应特异性。方法：首先,模拟复杂基因组扩增模式体系,以接近单拷贝的λDNA为模板,在PCR过程中加入纳米金颗粒,设计优化实验,以便模拟建立复杂基因组低拷贝目的基因PCR扩增的模式体系。随后,扩增人类基因组的疾病相关的低拷贝基因模板（如人基因组肿瘤坏死因子基因外显子1的380bp）,以检验纳米金优化增强PCR反应特异性的实际效果。结果：在复杂体系基因组的低拷贝基因PCR扩增中,纳米金颗粒能够较好地增强其PCR反应的特异性。结论：初步表明基于纳米金的纳米粒子PCR方法可以对复杂的实际基因组体系低拷贝基因的PCR扩增起到优化作用,这对于PCR反应优化方法的改进、推广具有重要的参考价值。     

Waxy protein deficiency and chromosomal location of coding genes in common wheat

Deficiency of the wheat waxy (Wx) proteins (Wx-A1, Wx-B1 and Wx-D1) was studied in 1,960 cultivars derived from several countries. Gel electrophoretic analyses revealed that the null allele for the Wx-A1 protein occurred frequently in Korean, Japanese and Turkish wheats but was relatively rare in cultivars from other countries and regions. About 48% of the wheats deficient for the Wx-B1 protein were from Australia and India. One Chinese cultivar lacked the WxD1 protein. While 9 Japanese cultivars were deficient in both the Wx-A1 and Wx-B1 proteins, no cultivars lacked both the Wx-A1 and Wx-D1 proteins, both the Wx-B1 and Wx-D1 proteins or all three Wx proteins. Two-dimensional gel electrophoresis revealed polymorphisms of the three Wx proteins that varied according to isoelectric points or molecular weight. The Wx-A1 gene coding the Wx-A1 protein and the Wx-B1 gene coding the Wx-B1 protein were localized in the distal regions of chromosome arms 7AS and 4AL, respectively, by deletion mapping using the deletion lines developed in the common wheat cultivar Chinese Spring.     

小麦Wx-B1基因酶切片段长度多态性及其与直链淀粉含量的关系

采用序列标志位点(sequence-tagged sites,STS)引物,对35个小麦品种的Wx-B1基因位点上的近第4个内含子区域的序列进行了扩增,用限制性内切酶BamHI切割.结果表明,扩增片段有的能被酶切,有的不能.酶切片段出现两种长度多态性,其长度与直链淀粉含量(AC)呈负相关.AC在约20%以上的小麦品种扩增的片段能够被BamHI切割,而在约20%以下的不能.以上结果表明,Wx-B1基因在扩增序列区域有多态性,这可以作为一种分子标记在育种中预测不同小麦品种的直链淀粉含量,以改良小麦品质.     

Differential effects of Wx-A1, -B1 and -D1 protein deficiencies on apparent amylose content and starch pasting properties in common wheat

Waxy (Wx) protein is a granule-bound starch synthase (GBSS) responsible for amylose production in cereal endosperm. Eight isolines of wheat (Triticum aestivum L.) having different combinations of presence and absence of three Wx proteins, Wx-A1, -B1, and -D1, were produced in order to elucidate the effect of Wx protein deficiencies on the apparent amylose content and starch-pasting properties. An improved SDS gel electrophoresis showed that ’Bai Huo’ (a parental wheat) carried a variant Wx-B1 protein from an allele, Wx-B1e. Thus, wheat lines of types 1, 2, 4, and 6 examined in this study contained a variant Wx-B1 allele and not the standard allele, Wx-B1a. The results from 3 years of experiments using 176 lines derived from two cross-combinations showed that apparent amylose content increased the least in type 8 (waxy) having no Wx proteins and, in ascending order, increased in type 5 (only the Wx-A1 protein is present) <type 7 (Wx-D1) <type 6 (Wx-B1) <type 3 (Wx-A1 and -D1) <type 4 (Wx-A1 and -B1) <type 2 (Wx-B1 and -D1) <type 1 (three Wx proteins). However, Tukey’ s studentized range test did not detect significant differences in some cases. Densitometric analysis suggested that the amylose content was related to the amount of the Wx protein in the eight types. Parameters in the Rapid Visco-Analyzer test and swelling power were correlated to amylose content. Consequently, amylose content and pasting properties of starch were determined to be influenced the most by the lack of the Wx-B1 protein, followed by a lack of Wx-D1, and leastly by the Wx-A1 deficiency, which indicated the presence of differential effects of the three null alleles for the Wx protein. Received: 1 February 1999 / Accepted: 10 April 1999     

47份外引小麦种质资源Waxy和HMW-GS分子检测与品质性状分析

为有效利用外引小麦种质资源,本研究对收集的47份外引小麦种质材料进行Waxy和HMW-GS等位基因的分子检测,并分析了其直链淀粉、支链淀粉、湿面筋等品质参数。结果表明,在Wx-A1位点存在3种类型:Wx-A1a、Wx-A1g和WxA1b,39份材料(82.98%)为Wx-A1a类型;Wx-B1位点3种类型:Wx-B1a、Wx-B1e和Wx-B1b,37份材料(78.72%)为Wx-B1a类型;Wx-D1位点2种类型:Wx-D1a和Wx-D1b,46份材料具有Wx-D1a类型;共鉴定出8种Wx-1位点等位基因组合,31份材料(65.96%)为Wx-A1a/B1a/D1a。在Glu-A1位点,含有等位基因Ax2^*、Null和Ax1类型的材料分别为18份、18份和11份;在Glu-D1位点,含有等位基因Dx2和Dx5类型的材料分别为23份(48.94%)和21份(44.68%),含有等位基因Dy12和Dy10类型的材料分别为22份(46.81%)和20份(42.55%),具有Dy10+Dy12类型材料2份;共鉴定出19种Glu-A1/D1等位基因组合,7份材料含有Null/Dx5+Dy12。含有Wx-A1a/B1a/D1a材料的直链淀粉含量相对较高,支链淀粉含量相对较低;含有优质等位基因Ax1或Ax2^*兼Dx5+Dy10材料的湿面筋含量相对较高。总体上这些外引种质资源Waxy和HMW-GS等位基因类型丰富,可为种质资源合理利用和现代普通小麦品质改良提供参考依据。     

Rapid classification of partial waxy wheats using PCR-based markers.

Mutations in the three homeologous waxy loci Wx-A1, Wx-B1, and Wx-D1 of a waxy wheat line have previously been characterized at the molecular level. Using combinations of these mutations, six types of partial waxy wheat plus wild type and waxy wheat (types 1-8) can be produced. Here, we describe primer sets for all three loci that can be used under a single set of conditions, allowing 32 lines to be characterized as types 1-8 in a single PCR run using a 96-well plate. Using multiplex PCR, mutations at the Wx-B1 and Wx-D1 loci can be identified in a single PCR, reducing the number of reactions necessary to identify and select the desired partial waxy wheat line. A single multiplex PCR can be used to detect all three mutations when products are analyzed using capillary electrophoresis on a microchip device. The PCR conditions and primers are effective with a number of cultivars from other countries, indicating that the mutations found at the Wx-A1 and Wx-B1 loci of these cultivars likely have the same origins as the mutations in the corresponding loci of the waxy wheat line used in this study. The PCR selection method described here is an easy and effective alternative to the commonly used SDS-PAGE methods for identification of null alleles.