西北春麦区小麦地方品种高分子量麦谷蛋白亚基组成分析

为了给品质改良提供基础材料,并了解西北春麦区小麦地方品种的遗传多样性,采用十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)方法,分析了493份小麦地方品种的高分子量麦谷蛋白亚基(HMW-GS)的组成.结果表明:在供试材料中,Glu-1位点共有26个等位基因,其中Glu-A1位点3个,Glu-B1位点9个,Glu-D1位点14个,亚基null、7+8、2+12在各自的位点上出现频率最高,分别达到了94.53%、92.92%、86.24%;亚基组成类型共有30种,主要为null/7+8/2+12,频率达79.76%;同时筛选出一些含有1、2*、13+16、14+15、5+10、1.5+10等优质亚基或亚基对的材料,可作为优质基因源;西北春麦区小麦地方品种间Glu-1位点的遗传多样性,以Glu-D1位点最高,其次是Glu-B1位点,Glu-A1位点最低.     

陕南鄂西丘陵麦区小麦HMW-GS组成和LMW-GS等位基因变异

采用SDS-PAGE凝胶电泳和STS标记方法分别对陕南鄂西丘陵麦区小麦品种(系)中的高分子量谷蛋白亚基(HMW-GS)组成和低分子量谷蛋白亚基(LMW-GS)Glu-A3与Glu-B3位点的等位基因进行了检测,并通过STS特异性标记对SDS-PAGE凝胶电泳检测的HMW-GS部分结果进行了验证。结果表明:(1)陕南麦区64份小麦材料中共检测到9种HMW-GS类型,其中Glu-A1位点含有Null、1共2种等位变异,频率分别为53.12%和46.88%;Glu-B1位点有7+8、7+9、14+15和17+18共4个等位变异,频率分别为26.56%、48.44%、21.88%和3.13%;Glu-D1位点有2+12、5+10和4+12共3种等位变异,频率为71.88%、15.63%和12.49%;而且17种不同亚基组合中以"1,7+9,2+12"与"Null,7+9,2+12"为主。(2)64份小麦材料中检测到11种LMW-GS类型,其中Glu-A3位点存在Glu-A3a、Glu-A3c和Glu-A3d共3种等位变异,分布频率为10.94%、62.50%和26.56%;GluB3位点有Glu-B3a、Glu-B3b、Glu-B3d、Glu-B3e、Glu-B3f、Glu-B3g、Glu-B3i和Glu-B3j共8种等位变异,分布频率分别为6.25%、4.69%、29.69%、1.56%、3.13%、18.75%、4.69%、31.25%。(3)2个特异性STS标记对SDSPAGE凝胶电泳检测到的HMW-GS部分组成结果验证表明,STS标记可以有效克服SDS-PAGE方法检测小麦HMW-GS中的7与7*、8与8*以及2与2*亚基的误读问题,为小麦品质育种与食品加工提供理论支持。     

小麦新品种(系)Glu-1位点等位基因变异研究

应用SDS-PAGE技术分析了40份小麦新品种(系)的高分子量麦谷蛋白亚基等位基因变异。在Glu-1位点共检测到10种变异类型,其中Glu-Al位点有3种类型：Null、1、26 ,Glu-B1位点有5种类型：7 8、7 9、14 15、7、17 18,Glu-D1位点有2种类型：2 12、5 10;Null(54．3％)、7 8(51．4％)和2 12(62．9％)分别是Glu-Al、Glu-B1和Glu-D1位点上的主要亚基变异类型。另外,在2份材料的Glu-B1和Glu-D1位点各检测到1个新的亚基,分别命名为1By8．1和1Dx5^ 。Glu-1位点的Nei‘s遗传变异指数平均为0,5648,Glu-B1的遗传多样性最高,Glu-D1最低。供试小麦材料Glu-1位点的HMW-GS组合共有17种类型,以(Null,7 8,2 12)组合为主要类型,占31．4％;有9种亚基组合类型分别只在1份材料中出现,占26.1％。结果表明,这些小麦新品种(系)存在着丰富的亚基组合类型。     

山西小麦育成品种品质性状及HMW-GS组成演变分析

研究山西省小麦育成品种的品质及高分子量麦谷蛋白亚基的演变,有助于优异种质资源的挖掘和创新,可以为小麦品质改良和品种推广提供依据。对山西小麦育成品种的品质及HMW-GS组成进行演变分析,结果表明,山西小麦整体上以中筋为主,除硬度指数呈逐年下降趋势外,其他品质指标在20世纪90年代之前均逐渐提升,而后呈现下降趋势;山西省小麦品种HMW-GS的Glu-1位点等位变异较为丰富,Glu-A1位点有1、2*和Null 3种亚基类型,Glu-B1位点有7种亚基类型(7+8、7+9、6+8、13+16、14+15、17+18、20),Glu-D1位点有6种亚基类型(2+12、2+10、5+12、5+10、4+12和2. 2+12),共检测到亚基组合类型32种,"Null,7+8,2+12"出现频率最高,且优质亚基的变化与品质演变趋势一致; Glu-D1位点对蛋白质含量、硬度指数、容重、湿面筋含量、延伸性和吸水率的效应较大,其中4+12和2+10对蛋白质含量和湿面筋含量具有正效应,Glu-B1位点主要影响沉降值、形成时间、稳定时间、拉伸面积和最大抗延阻力等指标,其中7+8、7+9亚基对拉伸面积具有正效应,Glu-A1位点的2*对沉降值、最大抗延阻力、稳定时间、形成时间和拉伸面积具有正效应;"2*,7+8,4+12"和"1,7+9,2+10"亚基组合对品质性状效应较高。     

西南冬麦区地方品种HMW-GS组成遗传多样性研究

采用十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)对西南冬麦区(云南、贵州、四川)3个省份共计560份小麦地方品种的高分子量谷蛋白亚基(HMW-GS)组成进行了研究。结果表明:Glu-1位点共有22种等位基因,其中Glu-A1位点4种、Glu-B1位点11种、Glu-D1位点7种;亚基null、7 8和2 12在各自位点的频率最高,分别为89.64%、68.21%和96.43%。亚基组成类型共有46种,以null/7 8/2 12和null/7 9/2 12为主,频率分别为50.89%和11.79%。在这些材料中筛选出一些含有1、2*、17 18、14 15、5 10等优质亚基的材料,其中有52份材料含有优质亚基组合。     

云南铁壳麦高分子量麦谷蛋白亚基组成及其遗传多样性分析

以36份云南铁壳麦为试验材料,采用SDS-PAGE法分析了Glu-1位点编码的高分子量麦谷蛋白亚基(HMW-GS)及组成。结果表明,在Glu-A1位点上检测到3种(N,2*和1)亚基类型,Glu-B1位点上共检测到5种(7、7 8、17 18、13 16和6 8)亚基类型,Glu-D1位点上只检测到1种(2 12)亚基类型。共检测到6种亚基组成类型,即:N、7、2 12,N、7 8、2 12,2*、7 8、2 12,2*、17 18、2 12,1、6 8、2 12和1、13 16、2 12。云南铁壳麦的HMW-GS为普通小麦已知变异类型的18%,3个位点的Nei's遗传变异系数顺序为Glu-B1(0.5734)>Glu-A1(0.2484)>Glu-D1(0),表明云南铁壳麦属较原始类型,Glu-D1位点未发生变异。品质评分最高分为8分(3份材料),平均为5.2分。同时86%的云南铁壳麦具有适合制作优质手工馒头的高分子量麦谷蛋白亚基(N和2 12),42%的云南铁壳麦具有亚基组成类型(1、7 8、2 12和N、7 8、2 12),这些材料可作为云南小麦馒头品质改良的材料。     

湖北推广小麦品种(系)高分子量麦谷蛋白亚基组成分析

应用SDS-PAGE技术分析了45份湖北推广小麦品种(系)籽粒的高分子量麦谷蛋白亚基组成。40份材料的高分子量麦谷蛋白亚基组成为同质,5份为异质。在Glu-1位点共检测到9种等位基因变异类型,其中Glu-A1位点有“1、2^ 、Null”3种变异类型,Glu-B1位点有“7、7 8、7 9、14 15”4种,Glu-D1位点有“2 12、5 10”2种。“Null、7 8、2 12”是主要亚基,它们的频率分别是62．5％、60％和72．5％。亚基组合类型有12种,其中(Null,7 8,2 12)亚基组合占30．0％,(1,7 8,2 12)、(1,14 15,2 12)、(Null,7 9,2 12)、(Null,7 8,5 10)4种组合的频率都在10％以上,这5种亚基组合占总组合的72．5％。供试小麦材料品质评分在5～10之间,平均评分为7．0。含5 10亚基的品种(系)所占比例低,是湖北小麦烘烤品质较差的部分原因。     

小麦—中间偃麦草衍生材料农艺性状、HMW-GS及GISH鉴定

本研究分析了143个小麦—中间偃麦草种质材料的农艺性状、高分子量麦谷蛋白亚基及部分代表性材料的染色体构成,旨在为小麦育种中广泛有效地利用这些种质提供有用信息。结果表明,小麦—中间偃麦草种质主要农艺性状变异丰富,其在穗长、小穗数和分蘖数性状上明显优于主栽品种,分别有142(99.3%)、125(87.4%)和62(43.4%)个小麦—中间偃麦草材料的穗长、分蘖数和小穗数大于主栽品种的平均值。供试材料在Glu-1的3个基因位点上共检测到12个等位变异,形成15种亚基组合类型,以(2*,7+8,5+10)为主,占所有材料的25.7%;Glu-A1(1和2*)、Glu-B1(7+8)和Glu-D1(5+10)位点的优质亚基比例分别达到了68.4%、68.4%和52.0%,有102(71.3%)个材料在Glu-1的2或3个位点同时具有优质亚基;有17个材料的优质亚基组合为(2*,7+8,5+10)或(1,7+8,5+10),且在穗长、小穗数和分蘖数性状上均优于主栽品种。进一步对30个代表性材料GISH分析发现,8个为八倍体小偃麦,其他为非整倍体。研究结果表明这些材料可以作为改良普通小麦的有益基因资源。     

新疆冬春麦区小麦地方品种贮藏蛋白遗传多样性研究

采用SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE）对236份新疆小麦地方品种的高分子量麦谷蛋白亚基(HMW-GS)的组成进行了分析。结果表明：Glu-1位点共有19种等位基因,其中Glu-A1位点3种,Glu-B1位点7种,Glu-D1位点9种;亚基null、7+8、2+12在各自的位点上出现频率最高,分别达到91.95％、85.17％、80.93％;亚基组成类型共有21种,主要为null/7+8/2+12,频率达70.34％;同时筛选出33份含有1、2*、13+16、14+15、5+10、1.5+10、17+18等优质亚基的材料,可作为优质基因源。利用酸性聚丙烯酰胺凝胶电泳（A-PAGE）对其中的65份地方品种进行醇溶蛋白多样性分析。结果表明：电泳出现64条迁移率不同的谱带,构成65种组合,其中ω区出现的谱带最多,达17条,其次是β和γ区各16条,α区出现的谱带数最少,为15条。从每条谱带在65份材料中出现的频率看,总的变异范围为1.54%~93.85%;α、β、γ和ω四个分区多样性指数（H′）分别为0.498、0.386、0.523和0.348。这表明新疆麦区小麦地方品种贮藏蛋白位点存在丰富的遗传多样性。     

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。     

HMW-GS的SDS-PAGE图谱在小麦品质评价中的应用

采用SDS—PAGE技术对陕西关中地区各时期大面积推广小麦品种、品种资源和新品系的HMW—GS组成进行了分析。在该地区50多年大面积推广的33个品种中,检测出9种HMW亚基(对)及其组成;品种HMW—GS的评分在5～10分之间,平均6．9分;4个时期品种HMW-GS的平均评分有升有降,优质亚基出现的频率普遍偏低;向小麦品种中聚合多种优质HMW—GS将成为陕西关中未来小麦育种的主要目标之一。53种小麦品种资源的亚基或亚基对组合类型比较丰富,具有一批携带优质亚基5 10、1、2*、7 8、14 15或17 18等资源。8个新选品系中,有4个品系携带了多种优质亚基,其中3个品系HMW—GS的评分为10分;Q1043已被审定通过,目前正在陕西关中推广种植。实践证明,采用SDS—PAGE方法对生产上推广品种、品种资源和新选品系的HMW—GS变异研究,有助于在短时间内了解生产上推广小麦品质生产现状、制订育种目标、选配亲本和品系品质性状筛选,是一种非常实用的品质快速检测方法。     

硬粒小麦-节节麦人工合成种HMW-GS组成及1.5+10亚基的遗传分析

对C IMM YT的99份硬粒小麦—节节麦人工合成种(简称合成种)的HMW-G S组成分析发现,G lu-B 1和G lu-D 1位点的变异类型比普通小麦丰富,分别有9种和12种亚基类型;筛选出含有比5 10亚基更优质的1.5 10和5 12亚基的合成种分别有8份和1份;含有优质亚基1.5 10的合成种与普通小麦杂交结实正常;对2个合成种与2个普通小麦品种的8个正反交组合F1种子电泳发现,优质亚基1.5 10在F1代能正常表达,双亲所有亚基在F1代都得到表达,表现共显性遗传.本研究为优质亚基1.5 10和5 12转育到普通小麦中奠定了基础.     

小麦高分子量谷蛋白亚基效应的比较研究

采用SDS-PAGE方法,通过对5个亲本间杂交获得的F2群体每一单株的F3籽粒样本及其亲本进行小麦高分子量谷蛋白亚基（HMW-GS）组成分析,并对每一F2单株上F3籽粒群体的高分子量谷蛋白亚基组成与其籽粒蛋白质含量、SDS-沉降值的关系进行研究,分析比较黄淮麦区出现频率较高的7个亚基或亚基对的品质效应。结果表明：小麦高分子量谷蛋白亚基组成不同群体间籽粒的蛋白质含量和SDS-沉降值基本达到显著或极显著水平。优质亚基表现为：1、7＋8、14＋15和5＋10亚基。因此,黄淮麦区小麦育种应加强对这些优质亚基的引入和利用,特别是对14＋15和5＋10亚基的引入和利用。     

西藏半野生小麦高分子量麦谷蛋白亚基组成分析

应用SDS-PAGE分析了50份西藏半野生小麦(Triticum aestivum ssp.tibetanum Shao)的高分子量麦谷蛋白亚基等位基因组成。结果表明,43份材料的HMW-GS组成是同质的,7份材料为异质。供试材料共有7种HMW GS组合,以Null、7 8、2 12为主要类型,占所分析材料的68．4％。在Glu-1位点共检测到10种等位基因,Glu- A1位点2种,Glu～B1位点4种,Glu～D1位点4种。Null(96％)、7 8(80．4％)和2 12(94．9％)分别是Glu-A1、 Glu-B1和Glu～D1位点上主要的等位基因。在Glu-B1位点还新发现2个亚基,暂时分别命名为8*和7**。说明西藏半野生小麦中存在着较广泛的HMW-GS等位基因变异,是小麦品质育种潜在的可利用的遗传资源。     

Allelic variation of high molecular weight glutenin subunits of bread wheat in Hebei province of China

In common wheat (Triticum aestivum L.), allelic variations of Glu-1 loci have important influences on grain end-use quality. The allelic variations in high molecular weight glutenin subunits (HMW-GSs) were identified in 151 hexaploid wheat varieties representing a historical trend in the cultivars introduced or released in Hebei province of China from the years 1970s to 2010s. Thirteen distinct alleles were detected for Glu-1. At Glu-A1, Glu-B1 and Glu-D1, we found that the most frequent alleles were the 1 (43.0%), 7+8 (64.9%), 2+12 (74.8%) alleles, respectively, in wheat varieties. Twenty two different HMW-GS compositions were observed in wheat. Twenty-five (16.6%) genotypes possessed the combination of subunits 1, 7+8, 2+12, 25 (16.6%) genotypes had subunit composition of 2*, 7+8, 2+12; 20 (13.2%) genotypes had subunit composition of null, 7+8, 2+12. The frequency of other subunit composition was less than 10%. The Glu-1 quality score greater than or equal to 9 accounted for 20.6% of the wheat varieties. The percentage of superior subunits (1 or 2* subunit at Glu-A1 locus; 7+8, 14+15 or 17+18 at Glu-B1 locus; 5+10 or 5+12 at Glu-D1 locus) was an upward trend over the last 40 years. The more different superior alleles correlated with good bread-making quality should be introduced for their usage in wheat improvement efforts.     

Functional properties of flours from field grown transgenic wheat lines expressing the HMW glutenin subunit 1Ax1 and 1Dx5 genes

The high molecular weight glutenin subunits (HMW-GS) of wheat are major determinants of the viscoelastic properties of gluten and dough. The bread making quality of field grown transgenic lines of bread wheat expressing the HMW-GS 1Ax1 or 1Dx5 genes were evaluated over a two year period. Subunit 1Ax1 represented about 29% and 48% of the total HMW-GS in lines 1-2 and 2-2, respectively, while subunit 1Dx5 represented 65.4% and 62% of the total HMW-GS in transgenic lines 6-2 and 9, respectively. The expression of subunits 1Ax1 or 1Dx5 in transgenic wheat led to corresponding decreases in the proportions of endogenous HMW-GS. HMW-GS 1Ax1 and 1Dx5 had contrasting effects on dough quality determined by the Alveograph and sedimentation test. Subunit 1Ax1 increased the tenacity (P), extensibility (L), deformation work (W), and sedimentation value, with the increase being related to the level of expression. In contrast, subunit 1Dx5 led to a smaller increment in the tenacity (P), but to drastic decrease in both extensibility (L), deformation work (W), and the sedimentation value. Expression of subunit 1Ax1 in transgenic wheat resulted in lines with improved rheological properties whereas the lines expressing subunit 1Dx5 resulted in unsuitable breadmaking-related characteristics.     

同名小麦地方品种小红芒和小红芒麦形态学和HMW-GS组成的演变分析

为了研究来自不同麦区的61份同名小麦地方品种小红芒和6份小红芒麦的遗传演变趋势,对与6个产量相关的农艺性状和高分子量麦谷蛋白亚基(high molecular weight glutenin subunits,HMW-GS)组成的变异进行了分析.结果表明,无论是在形态学水平还是蛋白质水平,小红芒和小红芒麦均存在丰富的遗传变异.在形态学水平上,供试材料的变异系数在株高、稳长、有效分蘖数、小穗数、穗粒数和千粒重等农艺性状上的变化范围分别为0.03～0.11、0.06～0.22、0.20～0.65、0.04～0.18、0.14～0.44和0.05～0.29.通过形态学数据计算小红芒和小红芒麦品种内多样性指数和品种间多样性指数,发现前者(0.804)占总多样性指数(0.842)的95.5%,而后者仅占4.5%,可见形态学变异主要来源于品种内而非品种闻,说明这些同名材料是由一个品种演变而来.在HMW-GS组成上,共发现了20种亚基组合类型,其中null,7+8,2+12和null,7+8,2+102种亚基组合出现的频率最高,分别为64.48%和20.00%.比较不同麦区种植的小红芒和小红芒麦的遗传多样性水平,发现无论是在形态学水平还是在蛋白质水平,春麦区材料的遗传多样性均普遍高于冬麦区,并且来自西北春麦区和北部春麦区的材料不仅遗传多样性较高,而且变异来源丰富,其中来自西北春麦区的甘肃天祝一带材料多样性最高,且其所处地理位置便于农作物的传播,故甘肃天祝地区有可能是小红芒的最初种植地点,然后再引种到其他种植区.     

Ta1小麦轮选群体高分子量谷蛋白亚基组成分析

利用Ta1小麦 Ms2 创建改良小麦面包品质的优质群体,采用SDS-PAGE法对其2次互交轮回群体C2的HMW-GS组成进行了分析.结果表明:在供试的193个样品中各HMW-GS及其组成模式的频率不尽相同,Glu-A1、Glu-B1和Glu-D1位点上产生频率最高的亚基分别是1、14+15和2+12,各为54.40%、35.75%和60.10%,优质亚基5+10的频率为17.6%; null、14+15、2+12 模式产生频率最高,为13.47%,并有 14+15,5+10 的优质亚基聚合体出现,占5.2%;该群体也产生了亲本不具有的13、16、22亚基及19种新的HMW-GS组成模式.说明利用Ta1小麦轮回选择技术是创造新亚基类型的一个有效途径.