小麦低分子量麦谷蛋白亚基功能标记研究进展

小麦是我国主要的粮食作物之一,籽粒中的低分子量麦谷蛋白对于小麦面包的加工品质具有重要的作用。近年来,利用分子标记技术检测小麦低分子量麦谷蛋白亚基（low molecular weight glutenin subunit,LMW-GS）的类型和组成已成为小麦品质改良的研究热点之一。主要综述了小麦低分子量麦谷蛋白亚基基因和蛋白质的结构特征、分类以及功能标记的研究进展,讨论了开发利用小麦Glu-A3、Glu-B3、Glu-D3位点LMW-GS功能标记的意义及存在的问题,并强调了LMW-GS分子标记检测技术的革新及亚基类型的完善对小麦品质改良的重要性,以期加速LMW-GS功能标记在优质小麦育种工作中的应用进程。     

小麦低分子量麦谷蛋白亚基分离条件优化

目的：优化一种有效分离小麦LMW-GS的实验条件。方法：以面包小麦L88-6作为材料,采用SDS-PAGE技术,通过对麦谷蛋白提取液、分离胶浓度、分离时间、电泳缓冲液等条件进行实验比较。结果与结论：含0.3mol/LNaI和1.4%4-VP的麦谷蛋白提取液能有效提取LMW-GS成分,分离胶浓度为T=14%C=3%、分离时间为40h、Tris-硼酸或Tris-甘氨酸电极缓冲液的分离条件分离效果好、重复性好、简单易行,为小麦低分子量麦谷蛋白亚基深入研究的第一个限速步骤提供了良好的解决方案。     

甘肃省春小麦品种高分子量麦谷蛋白亚基组成分析

应用十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)技术,对甘肃省121个普通小麦品种(包括地方品种、育成品种和引进品种)高分子量谷蛋白亚基构成、不同等位基因间亚基变异及出现频率系统分析的结果表明,甘肃省春小麦品种HMW-GS等位基因Glu-Al编码1、2*、N(缺失)三种亚基,Glu-B1 编码 7 8、7 9、17 18、22、7、8、14 15七种亚基,Glu-D1编码2 12、2 11、5 10、2 10、10、4 11、3 12、N八种亚基,频率最高的亚基分别是Null(81.0%)、7 8(86.0%)、2 12(60.0%);一些优质亚基在现有品种中都存在,如甘春20、高台紫麦子等,作亲本用于品质改良有很大潜力,而且少数罕见亚基7、8、11也存在;不同来源的春小麦品种HMW-GS组成比较,优质亚基组成类型如1、7 8、5 10,1、17 18、5 10在育成品种中出现频率较高.     

一种小麦高、低分子量麦谷蛋白亚基的提取方法

用7.5%的异丙醇和0.3 mol/L的NaI去除醇溶蛋白和其他单体蛋白, 以二硫苏糖醇(DTT)为强还原剂, 以4-乙烯基吡啶 (VP)保护巯基, 防止其重新氧化。在25%的异丙醇和0.04 mol/L的Tris-HCl (pH=8.0)缓冲液中提取小麦总麦谷蛋白亚基、在4%浓缩胶和13%分离胶的不连续分离体系中进行SDS-PAGE电泳, 结果表明, 该方法不仅能有效去除醇溶蛋白和其他蛋白对麦谷蛋白亚基电泳的影响, 且高分子量麦谷蛋白亚基 (HMW-GS) 和低分子量麦谷蛋白亚基 (LMW-GS)的提取分离一步完成, 更重要的是, 利用该方法提取出的HMW-GS和LMW-GS在电泳分析中, 具有高的分辨率, 可以有效区分各电泳谱带, 为进一步研究奠定了基础。     

小麦近缘种低分子量麦谷蛋白亚基基因Glu-B3克隆及系统发育分析

发掘小麦近缘种低分子量麦谷蛋白基因, 可为小麦品质改良提供更多的基因资源。文章利用Glu-B3位点特异性标记LB1F/LB1R、LB2F/LB2R、LB3F/LB3R和 LB4F/LB4R, 对普通小麦B染色体组的7个可能供体近缘种, 即硬粒小麦(T. durum)、栽培二粒小麦(T. dicoccum)、野生二粒小麦(T. dicoccoides)、拟斯卑尔脱山羊草(Ae. speltoides)、高大山羊草(Ae. longissima)、西尔斯山羊草(Ae. searsii)和双角山羊草(Ae. bicornis)共20份材料进行PCR扩增, 克隆小麦近缘种中GluB3-1、GluB3-2、GluB3-3和GluB3-4基因的等位变异, 并对Glu-B3位点基因进行系统发育分析。共获得16个新等位变异, 其中GluB3-1基因的新等位变异1个, 命名为GluB3-16, 其推导氨基酸分子量为39.2 kDa; GluB3-3的新等位变异有3个, 分别命名为GluB3-35、GluB3-36和GluB3-37, 其推导氨基酸分子量为44.5 kDa(GluB3-36)或44.6 kDa(GluB3-35和GluB3-37); GluB3-4的新等位变异12个, 分别命名为GluB3-46、GluB3-47、GluB3-48、GluB3-49、GluB3-410、GluB3-411、GluB3-412、GluB3-413、GluB3-414、GluB3-415、GluB3-416和GluB3-417, 其推导氨基酸分子量变化在38.6(GluB3-414)~ 42.5 kDa(GluB3-413)之间; 16个新等位变异都包含单一的完整开放阅读框, 具有低分子量麦谷蛋白亚基的典型结构。文章进一步拓展了低分子量麦谷蛋白基因资源, 揭示不同Glu-B3基因的进化过程不完全相同, 为有效地利用小麦近缘种材料和转基因育种提供了新的基因资源。     

小麦低分子量麦谷蛋白亚基与面团流变学特性关系的研究

采用十二烷基硫酸钠-聚丙稀酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)分离方法,以牛血清蛋白(67kD)和卵清蛋白(43kD)为分子量标记,对甘肃河西灌区近几年选育的17个小麦品系以及大面积栽培的2个春小麦品种的低分子量麦谷蛋白亚基组成以及不同亚基对面团流变学特性(面团韧性P、延伸性L、面团筋力W)的影响进行分析。19个试验材料中共标记出从35．2～60．5kD的LMW-GS共32条谱带;通过单因素方差分析(ANOVA)和逐步回归分析确定出对面团流变学特性P、L、W值影响显著的7个LMW-GS,分子量由高到低为：52．7kD、52kD、49．3kD、46．7kD、44．8kD、44．2kD、35．2kD。其中35．2kD和46．7kD亚基能显著地增加面团P值,44．8kD亚基能显著地降低面团P值;44．2kD和49．3kD亚基显著增加面团L值,52．7kD亚基降低面团L值;44．8kD、52．7kD亚基能显著降低面团的W值,52．0kD和46．7kD亚基能显著提高面团W值。     

普通小麦低分子量麦谷蛋白亚基核心编码区与面团强度关系的研究

为分析LMW-GS基因对面团强度的影响, 利用两个重组自交系99G45/京771和Pm97034/京771的F9代,对LMW-GS基因特异位点和与其紧密连锁的Gli-1位点进行分析, 研究对面团强度影响差异显著的Glu-B3位点的等位基因核心编码区的序列差异。结果表明, 3个亲本LMW-GS核心编码区都具有6个半胱氨酸残基, 但PB较GB和JB缺失了一个7氨基酸序列的重复单元, 并且在不同序列中出现了氨基酸代换, 其中有2个代换可能影响氨基酸序列的亲水性, 进而影响面团强度。     

小麦高分子量麦谷蛋白亚基5基因序列

1　Ｓｏｕｒｃｅ　ＴｈｅｓｅｑｕｅｎｃｅｗａｓｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｆｒｏｍａＰＣＲｐｒｏｄｕｃｔ,ｗｈｉｃｈｗａｓｌｉｇａｔｅｄｔｏｐＭＤ1 8 Ｔｖｅｃｔｏｒ(ＴａＫａＲａＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏ.) ,ｆｒｏｍｎｕｃｌｅａｒｇｅｎｏｍｉｃＤＮＡｏｆ“ｃｈｅ     

一个小麦低分子量谷蛋白基因的分离

以新疆小麦日喀则基因组DNA为模板,采用Glu-D3位点特异引物进行PCR扩增。PCR产物插入pUCm-T载体,转化感受态大肠杆菌E．coli DH5a,获得阳性克隆。经测序发现该插入片段长度1287bp,包括了部分启动子序列和完整的编码序列。编码序列推导的蛋白质含有8个半胱氨酸残基,属于6类LMW-GS中的TypeI类,为以后这类基因的功能研究提供了基因材料。     

小麦低分子量麦谷蛋白亚基组成研究

利用改良的两步一向SDS—PAGE(two—step one—dimensional SDS—PAGE)分析了几种小麦低分子量麦谷蛋白亚基(LMW-GS)组成。70％热乙醇提取总谷蛋白,11％分离胶进行第一步SDS—PAGE分离．电泳1h后切取顶端1cm胶条并置于巯基乙醇溶液进行还原,还原后的胶条于11%～16．5％的梯度胶进行第二步SDS—PAGE分离。结果显示。两步一向SDS—PAGE可以彻底除去清蛋白、球蛋白和醇溶蛋白对LMW—GS分离的背景干扰。提高LMW—GS的分辨率。对几种小麦低分子量麦谷蛋白亚基分析表明：LMW-GS组合比HMW—GS更为丰富,每种小麦含有2～5种B亚基,2～4种C亚基．B、C亚基的总数量为4～8种。     

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。     

Cloning and Expression of Low Molecular Weight Glutenin Genes from the Chinese Elite Wheat Cultivar ＂Xiaoyan 54＂

The low molecular weight （LMW） glutenln subunlts account for 40% of wheat gluten protein content by mass and these proteins are considered to significantly affect dough quality characteristics. Five new full-length LMW glutenln genes （designated LMW-5, LMW-7, LMW-42, LMW-58, and LMW-34） were isolated from the Chinese elite wheat cultivar ＂Xlaoyan 54＂ by PCR amplification of genomlc DNA using a pair of degenerate primers designed from the conserved sequences of the N- and C-terminal regions of published LMW glutenln genes. Deduced amino acid sequence analysis showed that LMW-5 belongs to the LMW-i type genes and that the other four belong to LMW-m type genes. Sequence comparisons revealed that point mutations occasionally occurred in signal peptide and N-terminus domains and often existed in domain III and domain V. Small insertions and deletions are represented in the repetitive domain. There is a stop codon after amino acid position 110 In the repetitive domain of LMW.34, indicating that It is a pseudogene. The other four genes have complete open reading frames and the putative mature regions of these genes were subcloned Into pET-30a expression vector and successfully expressed in Escherlchla coll. Protein sodium dodecyl sulfate-polyacrylamlde gel electro- phoresls analysis showed that all proteins expressed in E. coil by the four genes could be related to B-group LMW glutenln subunits of wheat.     

Modification of the Low Molecular Weight (LMW) Glutenin Composition of Transgenic Durum Wheat: Effects on Glutenin Polymer Size and Gluten Functionality

The low-molecular weight (LMW) glutenin subunits are major determinants of the viscoelasticity of durum wheat gluten, and therefore of its technological quality, with both quantitative effects and qualitative effects. We have modified the LMW glutenin subunit composition of the durum wheat cultivar Ofanto by expression of a transgene encoding a B-type LMW glutenin subunit and have carried out detailed analyses of two independent transformed lines in order to assess the effect of the transgene on the size distribution of the glutenin polymers and on their functional properties. In one line the expression of the transgene led to an increase in the amount of large glutenin polymers resulting in stronger and more stable dough. In the second line, however, the expression of the transgenic subunit was accompanied by decreased expression of endogenous LMW subunits with consequent detrimental effects on glutenin polymers and dough viscoelasticity. These results demonstrate that the LMW glutenin subunits contribute to the functional properties of wheat by influencing the amount and the distribution of glutenin polymers and indicate that either plant breeding or GM technology can be used to 'fine tune' the properties of durum wheat for different end uses by manipulating the amount and structures of individual LMW subunit proteins.     

两对高分子量麦谷蛋白亚基等位基因及其相互作用对小麦面筋品质的影响

小麦谷蛋白赋于面筋弹性,其亚基组成类型对加工品质有着重要的决定作用。采用一对杂交组合(烟农19×安农9914)的后代,随机选择至F3,种植871个F4穗系,分别检测了高分子量麦谷蛋白亚基(high molecular weight glutenin subunits,HMW-GS)、低分子量麦谷蛋白亚基(low molecular weight glutenin subunits,LMW-GS)组成、SDS沉降值和和面图指标,分析了麦谷蛋白等位亚基及其相互作用对品质的影响。结果表明:该群体麦谷蛋白组成仅在Glu-A1(1亚基或N亚基)与Glu-B1(14 15亚基或17 18亚基)位点有差异。Glu-A1位点1亚基的SDS沉降值显著高于N亚基,1亚基的峰高、7 min尾高显著大于N亚基,而在和面时间、7 min带宽以及衰落角(耐揉性),两亚基间差异不显著。Glu-B1位点亚基间SDS沉降值17 18>14 15/17 18>14 15,和面时间、7 min带宽两个指标17 18亚基显著高于14 15亚基,衰落角显著小于14 15亚基,峰高和7 min尾高差异不显著。对Glu-A1和Glu-B1两位点互作,除7 min带宽互作达5%显著水平外,其它四个指标均未达显著水平。1亚基相对于N亚基,17 18亚基相对于14 15亚基,虽以SDS沉降值为标准其效应相当,但两者却作用于面团的不同性能。     

八倍体小冰麦及其亲本种子醇溶蛋白和高分子量麦谷蛋白亚基的研究

对５个八倍体小冰麦种子醇溶蛋白和高分子量麦谷蛋白亚基的电泳谱带进行了分析,结果表明：八倍体小冰麦中１和中２的电泳谱带基本相同,中３、中４、中５的电泳谱带基本相同,但完全不同于中１和中２的类型。八倍体小冰麦中１和中２同天蓝冰草（Ａｇｒｏｐｙｒｏｎｉｎｔｅｒｍｅｄｉｕｍ（Ｈｏｓｔ）Ｐ．Ｂ．＝Ｅｌｙｔｒｉｇｉａｉｎｔｅｒｍｅｄｉａ（Ｈｏｓｔ）Ｎｅｖｓｋｉ＝Ｔｈｉｎｏｐｙｒｕｍｉｎｔｅｒｍｅｄｉｕｍ（Ｈｏｓｔ）ＢａｒｋｗａｒｔｈａｎｄＤｅｗｅｙ）在高分子量麦谷蛋白亚基上存在一条相同的谱带,在醇溶蛋白谱带上出现了小麦（ＴｒｉｔｉｃｕｍａｅｓｔｉｖｕｍＬ．）和冰草均没有的带型。中３、中４、中５在醇溶蛋白谱带上具有一条冰草×染色体组的特征谱带,其基因表达程度同冰草类似。从５个八倍体小冰麦种子醇溶蛋白和高分子量麦谷蛋白亚基的电泳图谱结果,分析了八倍体小冰麦染色体组构成及亲本来源,并探讨了八倍体小冰麦在优质麦育种过程中的价值。     

部分小麦育种材料低分子量谷蛋白亚基等位基因变异

改进小麦LMW-G S分离技术,利用改良一步单向连续梯度SDS-PAGE技术分析40份具有较好品质、产量特性的小麦育种亲本材料的LMW-G S类型和组成形式。结果表明:采用适当的方法提取谷蛋白亚基,在4.8%浓缩胶(pH 6.8,C=2.6%),12.0%~14.0%连续梯度分离胶浓度(pH 8.8,C=1.3%),电流35 mA,电泳330 m in后可以获得良好的LMW-G S分离效果。G lu-3位点出现11种变异类型、19种亚基组合形式。G lu-A 3位点出现G lu-A 3a、G lu-A 3b、G lu-A 3c、G lu-A 3d 4种类型,频率分别为40.0%、12.5%、10.0%、37.5%;G lu-B 3位点出现7种亚基类型,其中G lu-B 3d、G lu-B 3b、G lu-B 3 j为主要类型,频率分别为40.0%、20.0%、12.5%。亚基组合形式G lu-A 3a G lu-B 3d组合频率最高,频率为22.5%;9个亚基组合分别只在一个亲本出现,占分析材料总数22.5%。G lu-A 3位点的遗传变异指数为0.673 8,G lu-B 3位点的遗传变异指数为0.800 8,表明G lu-3位点遗传变异丰富。     

滨麦低分子量谷蛋白亚基（LMW-GS）基因的分离与序列分析

采用PCR方法,从滨麦(Leymus mollis)基因组中分离出8条LMW-GS基因序列.核苷酸序列分析表明,序列GQ169791在起始密码子上游包含318 bp的启动子序列,该序列包含-300元件、GCN4 motif、种子贮藏蛋白盒等基因特异表达的顺式或反式作用调控元件.推导的氨基酸序列分析表明,8条序列的编码区依次有信号肽,N-末端区,中部重复区和C-末端Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区等典型LMW-GS多肽一级结构特征;序列HQ416909、HQ416914和HQ416915具有单一完整的开放阅读框(ORF);序列GQ169791、HQ416910、HQ416911、HQ416912和HQ416913在中部重复区和C-末端区出现了4个或5个提前终止密码子,推断其为假基因.8条序列都含有8个或9个半胱氨酸残基(C),N-末端区起始氨基酸序列为METSRIPG-或METTRIPG-,推断其为LMW-m型LMW-GS基因.系统进化分析表明,8条序列与华山新麦草(Psathyrostachys huashanica)LMW-GS基因(HM475146,GQ223386)和野大麦(Hordeum brevisubulatum)的B-hordein基因(AY695368)具有相对较近的同源关系.该研究为挖掘利用滨麦LMW-GS的基因提供了理论依据,对小麦品质改良具有一定参考价值.     

小麦高分子量麦谷蛋白亚基等电点的特性分析

运用IEF×SDS-PAGE和NEPEGE×PAGE 2种双向电泳技术对5个普通小麦品种和1个硬粒小麦品种的高分子量麦谷蛋白亚基等电点的特性进行了研究。结果表明,等位亚基之间的等电点比较相近,而非等位亚基之间的等电点存在不同程度的差异,其中普通小麦G lu-B 1位点的亚基等电点最高,属于碱性类型。用NEPHGE×SDS-PAGE电泳能够对G lu-B 1亚基的等电点特性进行比较分析。通过对麦谷蛋白亚基等电点特性及变异规律进行分析,可以为精确判断亚基类型和鉴定遗传新种质等研究工作提供有价值的信息。     

小麦HMW-G12亚基基因启动子克隆及序列分析

为了研究高分子量谷蛋白基因启动子在种子中的特异性表达,以小麦品种“东农7742”的基因组DNA为模板,根据已发表序列设计并合成引物,用PCR的方法克隆了小麦贮藏蛋白中高分子量谷蛋白12亚基基因的上游调控序列。序列测定结果表明：所克隆的启动子片段大小为424bp与Thomspon报道的序列比较,同源性为97.9%,有9个核苷酸发生了改变。推测的TATA box位于-27— -30bp,Prolamin-box位于-175— -181bp,认为该元件可能与转录速率的调控有关。