基因枪法转化小麦谷蛋白基因研究进展

小麦面粉品质的优劣主要取决于麦谷蛋白多聚体结构的组成,谷蛋白多聚体由高分子量谷蛋白亚基(HMW-GS)、低分子量谷蛋白亚基(LMW-GS)和醇溶蛋白以二硫键相互交联构成,其数量和结构特征直接影响面团的粘弹性,所以通过基因工程方法转化优质谷蛋白基因,增加谷蛋白数量,改善谷蛋白多聚体结构组成,进而改良面粉品质的研究逐渐引起国内外的重视,并在近年来取得了重要进展。基因枪法是目前利用基因工程改良小麦品质的主要途径,自1992年以来已在多个研究室取得了较为瞩目的成果,显示了基因工程改良小麦品质的可能性及前景。综述了迄今为止国内外利用基因枪法转化谷蛋白基因改良小麦品质的研究进展,并在受体材料的选择等方面的研究现状作了较为详细的阐述。     

小麦高分子量麦谷蛋白亚基序列及其结构与加工品质的关系

高分子量麦谷蛋白亚基（high molecular weight glutenin subunit,HMW-GS）是小麦种子贮藏蛋白的主要成分,其组成、含量和结构直接影响小麦面粉面筋的弹展性,决定着小麦的加工品质。本文主要对小麦HMW-GS的序列、结构和亚基之间组合形式做了详细的综述,并较系统地讨论了HMW-GS的结构和组成、特点等与面粉的加工品质之间的关系以及如何从定性和定量两方面来影响面粉的加工品质。     

Characterisation of high- and low-molecular weight glutenin subunits associated to the D genome of Aegilops tauschii in a collection of synthetic hexaploid wheats

Synthetic hexaploid wheats (2n=6x=42, AABBDD) involving genomes from Triticum turgidum (2n= 4x=28, AABB) and Aegilops tauschii (2n=2x=14, DD) have been produced as a means for introducing desirable characteristics into bread wheat. In the present work we describe the genetic variability present at the Glu-D ^t 1 and Glu-D ^t 3 loci, encoding high- (HMW) and low-molecular-weight (LMW) glutenin subunits respectively, derived from Ae. tauschii, using electrophoretic and chromatographic methods, in a collection of synthetic hexaploid wheats. A wide variation both in mobility and surface hydrophobicity of HMW glutenin subunits was observed between different accessions of Ae. tauschii used in the production of the synthetic hexaploids. A combination of electrophoretic and chromatographic methods improves the identification of HMW glutenin subunits; in fact subunits with identical apparent mobility were revealed to have a different surface hydrophobicity by reversed-phase high performance liquid chromatography. None of the Dx5^t subunits present in Ae. tauschii showed the presence of the extra cysteine residue found in the HMW glutenin subunit Dx5 of Triticum aestivum, as revealed by selective amplification with polymerase chain reaction (PCR). The wide variability and the high number of subunits encoded by the Glu-D ^t 3 locus suggests that Ae. tauschii may be a rich source for enhancing the genetic variability of glutenin subunits in bread wheat and improving bread-making properties. Received: 3 March 2001 / Accepted: 23 March 2001     

小麦HMW-GSIDx5基因在小麦不同发育阶段表达的研究(英文)

小麦面粉的烘烤品质与其高分子量谷蛋白5亚基（HMW－GSIDx5）基因的表达有关。本文从该基因的组织、器官特异性和特定发育阶段的表达特性等方面,对其在小麦发育过程中表达的变化规律进行了研究,从分子水平为小麦的栽培和育种提供依据。显微切割普通小麦钢82－122的ID染色体长臂为模板,扩增该基因400bp的片段为探针（Fig．1）,并经重组后测序（Fig．2）确认扩增无误。小麦苗期、生长期、开花期及成熟期分别取样、分离总RNA、做斑点（Fig．3,4＆5）或Northern杂交（Fig．6）、并扫描足量（Fig．7）。结果表明：该基因只在籽粒中表达（Fig．3,4＆5）,从开花15天起（Fig．4）,逐渐增加,至腊熟期达最高,以后渐次降低（Fig．6＆7）,有趣的是：在干种子和萌发种子亦有少量表达（Fig．1）。Cressey和陈和等方曾报告在开花15天可检测到HMW－GS蛋白。     

表达7个高分子量谷蛋白亚基的小麦新种质创制、鉴定及分子细胞学分析

报道了六倍体小黑麦和普通小麦杂交、回交获得的特异表达7个高分子量谷蛋白亚基的2个小麦新种质——NR98116-9-2和NR98116-9-3的创制、形态性状、染色体组成、遗传稳定性、抗条锈病鉴定以及HMW-GS组成的鉴定结果。这2个品系的植株形态为普通小麦型,Feulgen染色、GISH结合C-带综合鉴定表明：NR98116-9-2为3R／3D代换系,2n=42;NR98116-9-3为3R附加系,2n=44;减数分裂中期Ⅰ染色体配对正常,具有较高的遗传稳定性。接种鉴定表明：它们高抗小麦条锈病。种子全蛋白和高分子量谷蛋白选择性沉淀的SDS-PAGE分析表明：它们具有的7条高分子量谷蛋白亚基组成分别是1、14＋15、6r＋8、4＋12和1、14＋15、6r＋8、5＋10,其中包括2个Glu-B1位点。     

甘肃小麦HMW—麦谷蛋白亚基遗传变异分析

对61份冬、春小麦品种的HMW—麦谷蛋白亚基分析,共检测到14种亚基和22种亚基组合,13份材料具有5 10亚基,2份具有2*亚基,2份具有14 15亚基,5份具有17 18亚基,5 10亚基在春小麦中出现的频率较冬小麦中高;品种HMW—麦谷蛋白亚基品质得分在4—12分之间,春小麦平均得分7．6,冬小麦平均得分6．6。结果表明：品种间GLu—1位点遗传变异差异大,亚基种类丰富,但优质亚基分布频率较低,品质评分较低,主要原因是其亲本含有优质亚基的比率太低。可见,丰富优质资源,提高小麦5 10亚基的分布频率是今后小麦品质育种的方向。     

簇毛麦HMW-GS及其启动子基因的克隆与序列分析

利用2对特异引物,从簇毛麦(Dasypyrum villosum)基因组中分离克隆出一个簇毛麦HMW-GS基因VHG-2(GenBank登录号为FJ600492)及其启动子序列VHGp-1(GenBank登录号为FJ600489).VHGp-1序列长度为1 099 bp,从5′至3′方向依次有E-box、N-box、G-box、HMW谷蛋白特异38 bp增强子和TATA-box等典型的HMW-GS基因启动子作用调控元件,说明VHGp-1为簇毛麦HMW-GS的启动子基因.VHG-2序列长度为1 572 bp,具有单一完整的、可编码498个氨基酸的开放阅读框(ORF),该ORF推导的氨基酸序列结构分析表明,编码区依次包含由21个氨基酸残基组成的信号肽、105个氨基酸残基组成的N-末端区、330个氨基酸残基组成的中部重复区和42个氨基酸残基组成的C-末端区;中部重复区主要重复单元为6肽(PQQGQQ)和9肽(GYYPTSP/LQQ);有6个半胱氨酸残基(Cys),其中5个分布在N-末端区,1个分布在C-末端区,第3、4个相邻.这些特征与报道的y-型HMW-GS多肽结构基本一致,说明VHG-2是簇毛麦的y-型HMW-GS基因.系统进化分析表明,簇毛麦HMW-GS启动子序列(VHGP-1)与智利大麦(H.chilense)H基因组的D-hordein基因、拟鹅观草和阿拉善鹅观草St基因组的HMW-GS基因的启动子具有比较近的同源关系,簇毛麦HMW-GS基因(VHG-2)与冰草、拟鹅观草和中间偃麦草的y-型HMW-GS基因具有较近的同源关系.     

小麦高分子量麦谷蛋白亚基的 SDS-PAGE方法

小麦高分子量麦谷蛋白亚基(HMW-GS)与小麦面粉的加工品质密切相关,SDS-PAGE是其常用分离方法。在前人工作的基础上摸索了一套适于分析HMW-GS的SDS-PAGE方法,具有简便、快速、微量、不影响种子萌发出苗、分辨率好、制成干板清晰、不皱缩、易保存等优点,以供有关工作者参考。     

67份美国小麦种质资源的HMW-GS组成与品质分析

为了挖掘新的种质资源,对引自美国的67份小麦种质材料进行了高分子量麦谷蛋白亚基组成与品质性状分析。HMW-GS组成分析表明,在供试材料中共检测到20种亚基类型和25种亚基组合,表明这批材料的遗传多样性较高。在GluA1位点上,亚基1与2*的出现频率分别为16.4%与35.8%;Glu-B1位点有9个等位变异,其中出现频率最高的为7+9亚基对(47.8%);Glu-D1位点有8个等位变异,以5+10亚基对为主要类型,出现频率高达74.6%。在Glu-B1位点上发现3个不常见亚基7*、8*、8**和3个未知亚基a、b、c,还发现1个未知亚基,暂时将其标记为5*,可能位于Glu-D1位点上。亚基组合类型中,"null,7+8,5+10"的出现频率最高,为22.4%。亚基评分在5~10分之间,平均8.2分,得分在8分及其以上的材料有42份(62.69%),其中得10分的材料有9份(13.43%)。利用DA7200近红外成分分析仪对这批小麦材料的品质性状进行初步分析,结果表明其品质指标较低。这67份美国小麦材料含有的优质亚基比例较高,可作为中间材料以改良我国黄淮麦区小麦品种的亚基组成。     

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。