簇毛麥籽粒硬度基因和貯藏蛋白基因的染色體定位及易位系選育.pdf

1、品質(zhì)改良是普通小麥遺傳改良主要方向之一,籽粒硬度和胚乳貯藏蛋白是決定加工品質(zhì)的主要遺傳因素,二者均由主效基因控制。發(fā)掘、鑒定和聚合優(yōu)異籽粒硬度基因和貯藏蛋白基因是品質(zhì)改良主要技術(shù)手段,普通小麥近緣屬種具有變異豐富的籽粒硬度基因和貯藏蛋白基因,從中挖掘和鑒定新的優(yōu)異基因,是擴(kuò)大普通小麥品質(zhì)改良遺傳基礎(chǔ)行之有效的方法。簇毛麥在植物分類上屬禾本科小麥族小麥亞族,是小麥的近緣屬種之一。它除了具有抗白粉病、抗葉銹病和稈銹病、分蘗力強(qiáng)及多小穗等許多

2、普通小麥需要的有利性狀外,其種子蛋白質(zhì)含量高達(dá)26％,特別是具有豐富的普通小麥所不具有的高分子量麥谷蛋白亞基等位變異,是普通小麥貯藏蛋白重要的遺傳資源。本研究主要針對簇毛麥籽粒硬度基因和貯藏蛋白基因進(jìn)行研究,目的為普通小麥品質(zhì)改良提供新的優(yōu)異基因資源。
　　 1.普通小麥-簇毛麥T5VS·5DL易位系選育及籽粒硬度分析
　　 籽粒硬度主效基因Pina和Pinb位于普通小麥5D染色體短臂上且緊密連鎖,當(dāng)二者均為野生型時,分

3、別編碼puroindoline蛋白PINA和PINB,籽粒胚乳為軟質(zhì)。本研究采用60Co-γ射線照射硬粒小麥-簇毛麥雙二倍體花粉,將其授予母本中國春并用中國春連續(xù)回交,綜合利用染色體C-分帶、基因組原位雜交(GISH)和分子標(biāo)記技術(shù),從BC4F2中選育出普通小麥-簇毛麥T5VS·5DL純合易位系(NAU415)。利用單粒籽粒硬度測定儀(SKCS)測試易位系籽粒硬度和掃描電鏡(SEM)觀察易位系籽粒胚乳顯微結(jié)構(gòu),T5VS·5DL埸位系的籽

4、粒胚乳為軟質(zhì)結(jié)構(gòu)。通過對NAU415×鄭麥9405(硬質(zhì),Pina-Dlb/Pinb-Dla)F2:3單株籽粒硬度測試結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)了軟質(zhì)胚乳性狀與易位染色體相關(guān),表明與普通小麥親緣關(guān)系較遠(yuǎn)的簇毛麥5V染色體短臂上攜帶有籽粒硬度基因。T5VS·5DL易位染色體在普通小麥背景中傳遞正常,具有純舍易位染色體的材料其籽粒胚乳為軟質(zhì),易位染色體對主要農(nóng)藝性狀無顯著負(fù)效應(yīng),因此,T5VS·5DL易位系為弱筋小麥品質(zhì)改良及拓展胚乳質(zhì)地范圍提供了新的

5、基因資源。根據(jù)Pin基因的保守序列設(shè)計引物,利用PCR技術(shù),分別從簇毛麥和T5VS·5DL易位系中分離克隆到Pina同源基Dina(Genbank GU211902)和Pinb同源基因Dinb(Genbank GU211903)。Dina基因的編碼區(qū)長度為438bp,與中國春Pina-Dla(Genbank DQ363911)序列相比,同源性為92.6％,具有2個缺失位點(diǎn)及24個單核苷酸突變。DINA蛋白由144個氨基酸組成,與PINA

6、蛋白相比,同源性為89％,具有相同的保守結(jié)構(gòu)域(10個半胱氨酸殘基組成的骨架結(jié)構(gòu)及色氨酸富集區(qū)),但在色氨酸富集區(qū)第42位發(fā)生了氨基酸替換,由賴氨酸替換為精氨酸(Lys-42 to Arg)。Dinb基因的編碼區(qū)長度444bp,與中國春Pinb—Dla(Genbank DQ363903)序列相比,同源性為93.3％,具有1個缺失位點(diǎn)及28個單核苷酸突變。DINB蛋白由147個氨基酸組成,與PINB蛋白相比,同源性為92％,具有相同的保守

7、結(jié)構(gòu)域(10個半胱氨酸殘基組成的骨架結(jié)構(gòu)及色氨酸富集區(qū)),同樣在色氨酸富集區(qū)42位發(fā)生了氨基酸替換,由賴氨酸替換為精氨酸(Lys-42 to Arg)。普通小麥Pin基因與簇毛麥Din基因的多態(tài)性及其與胚乳質(zhì)地的關(guān)系,為研究籽粒硬度相關(guān)基因結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系提供了基因資源。本研究根據(jù)Pin基因和Din基因序列差異開發(fā)的共顯性分子標(biāo)記Xcinau95-650及Xcinau96-530可以用于T5VS·5DL易位系的分子標(biāo)記輔助選擇育種,

8、以加快簇毛麥籽粒硬度基因在弱筋小麥品質(zhì)改良過程中的轉(zhuǎn)移與利用。
　　 2.簇毛麥籽粒貯藏蛋白基因的染色體定位及易位系選育
　　 貯藏蛋白是決定小麥加工品質(zhì)主要因素之一,麥谷蛋白和麥醇溶蛋白分別決定面團(tuán)的彈性和延展性,尤其是高分子量麥谷蛋白亞基的組成可以直接影響面粉的烘焙品質(zhì)。簇毛麥1V染色體上具有Glu-V1、Glu-V3和Gli-V1貯藏蛋白基因,本研究綜合利用染色體C-分帶、基因組原位雜交(GISH)和分子標(biāo)記技術(shù)從

9、60Co-γ射線照射硬粒小麥-簇毛麥雙二倍體花粉與母本中國春雜交,并用中國春連續(xù)回交的后代中選育了涉及簇毛麥1V染色體的易位系和端體系,包括簇毛麥1VL端二體異附加系、簇毛麥1VS單端體異附加系、普通小麥-簇毛麥1VS/W純合易位系(NAU416)、普通小麥-簇毛麥1VL/W純合易位系(NAU417)以及普通小麥-簇毛麥1VL/W·W頂端純合易位系(NAU418)。把簇毛麥貯藏蛋白位點(diǎn)Glu-V1、Glu-V3和Gli-V1定位于易位系

10、NAU416所包含的簇毛麥染色體區(qū)段上。品質(zhì)分析結(jié)果初步表明,易位系NAU416的籽粒粗蛋白含量、全麥粉濕面筋含量、干面筋含量、面筋指數(shù)及Zeleny沉降值均顯著高于其輪回親本中國春,表明簇毛麥Glu-V1、Glu-V3和Gli-V1貯藏蛋白基因?qū)肫胀ㄐ←湵尘爸心軌蝻@著提高總蛋白質(zhì)含量和面筋質(zhì)量,因此普通小麥-簇毛麥T1VS/W易位系(NAU416)可以用于改良普通小麥面包加工品質(zhì)。簇毛麥1V染色體上除了具有貯藏蛋白基因位點(diǎn)外,還具有