小麦17roco.com

江苏农业学报(JiangsuJ.
ofAgr.
Sci.
),2015,31(2):241~246http://www.
jsnyxb.
com杨摇丹,姚金保,杨学明,等.
北方麦区小麦品种高分子量谷蛋白亚基组成及其与品质性状的关系[J].
江苏农业学报,2015,31(2):241鄄246.
doi:10.
3969/j.
issn.
1000鄄4440.
2015.
02.
003北方麦区小麦品种高分子量谷蛋白亚基组成及其与品质性状的关系杨摇丹1,摇姚金保1,摇杨学明1,摇周淼平1,摇马鸿翔1,摇王亚松2(1.
江苏省农业科学院江苏省农业生物学重点实验室,江苏南京210014;2.
江苏红旗种业股份有限公司,江苏泰州225300)收稿日期:2014鄄12鄄04基金项目:农业部小麦现代农业产业技术体系项目(CARS鄄03);江苏省农业科技自主创新基金项目[CX(12)2026];江苏省科技支撑项目(BE2013439)作者简介:杨摇丹(1980鄄),女,黑龙江齐齐哈尔人,博士,副研究员,主要从事小麦品质分析.
(Tel)15861815667;(E鄄mail)yangdan1290@163.
com通讯作者:姚金保,(Tel)025鄄84390298;(E鄄mail)yaojb@jaas.
ac.
cn摇摇摘要:摇为了解北方麦区小麦品种的遗传多样性,挖掘可供利用的优异高分子量谷蛋白亚基(HMW鄄GS)类型,为品质改良提供基础材料,利用聚丙烯酰胺凝胶电泳方法(SDS鄄PAGE),分析了172份北方麦区部分小麦品种的HMW鄄GS组成,并对其与蛋白质含量和沉降值之间的关系进行了研究.
结果表明:Glu鄄A1、Glu鄄B1和Glu鄄D1分别具有3种、6种和3种不同的亚基类型.
亚基1、7+9和5+10在各自位点上出现的频率最高,分别达到了54郾07%、48郾26%和49郾42%.
3个位点亚基对蛋白质含量的效应可分别表示为:1逸2*>Null,13+16逸14+15逸17+18逸7+8>7+9>6+8,5+10>2+12>4+12;对沉降值的作用可分别表示为:2*逸1>Null,14+15逸17+18>7+8逸13+16>7+9>6+8,5+10>2+12>4+12.
亚基组成类型共有24种,在蛋白质含量水平上,亚基组成1/14+15/5+10、1/14+15/2+12、1/7+8/5+10、1/17+18/5+10和1/7+9/5+10相对较高;在沉降值水平上,亚基组成1/14+15/5+10、1/17+18/5+10、1/7+8/5+10、2*/7+9/5+10和1/14+15/2+12相对较高.
综上所述,在24种亚基组成类型中没有发现明显优势的组合类型,优质亚基2*、17+18和14+15出现的频率较低.
江苏省中筋和弱筋小麦品种选育,应结合蛋白质含量、沉降值和亚基组成进行改良.
关键词:摇小麦;高分子量谷蛋白亚基;蛋白质含量;沉降值中图分类号:摇S634郾3摇摇摇文献标识码:摇A摇摇摇文章编号:摇1000鄄4440(2015)02鄄0241鄄06Highmolecularweightglutensubunit(HMW鄄GS)compositionofwheatcultivarsinnorthernregionanditsrelationshipwithqualitytraitsYANGDan1,摇YAOJin鄄bao1,摇YANGXue鄄ming1,摇ZHOUMiao鄄ping1,摇MAHong鄄xiang1,摇WANGYa鄄song2(1.
ProvincialKeyLaboratoryofAgrobiology/JiangsuAcademyofAgriculturalSciences,Nanjing210014,China;2.
JiansuHongqiSeedIndustryCo.
,Ltd.
,Taizhou225300,China)摇摇Abstract:摇Tofigureoutthegeneticdiversityofwheatcultivar(variety)fromthenorthernregioninChinaandprovidethebasicmaterialsforwheatqualityimprove鄄ment,172accessionsofwheatcultivar(variety)werean鄄alyzedbySDS鄄PAGEtorevealtheallelesvarianceofhighmolecularweightglutensubunits(HWM鄄GS)andthere鄄lationshipwithproteincontentandsedimentationvalue.
Therewere12allelesonGlu鄄1,3allelesonGlu鄄A1,6al鄄142lelesonGlu鄄B1,and3allelesonGlu鄄D1.
Thefrequenciesof1,7+9,5+10alleleswerethehighestonGlu鄄A1,Glu鄄B1andGlu鄄D1,being54郾07%,48郾26%,49郾42%,respectively.
TheeffectsofHMW鄄GSonthreelocionproteincontentwerepresentedas1逸2*>Null,13+16逸14+15逸17+18逸7+8>7+9>6+8,5+10>2+12>4+12,andwerelistedintheor鄄der2*逸1>Null,14+15逸17+18>7+8逸13+16>7+9>6+8,5+10>2+12>4+12onsedimentationvalue.
Theproteincon鄄tentswiththesubunitcombinationsof1/14+15/5+10,1/14+15/2+12,1/7+8/5+10,1/17+18/5+10and1/7+9/5+10werehigher.
ThesedimentationvaluewerehigherintheHMW鄄GScompositionsof1/14+15/5+10,1/17+18/5+10,1/7+8/5+10,2*/7+9/5+10and1/14+15/2+12.
Nocombinationoutperformedinqualitytraitsamong24typesofsubunitcompositions,andhighqualitysubunits2*,17+18and14+15wererareinthetestedvarieties.
Thequalitytraits,suchasproteincontent,sedimentationvalue,andhighqualitysubunits,needtobetakenintoconsiderationinmiddleandweakglutenwheatvarietyimprovementinJiangsuprovince.
Keywords:摇wheatvariety;highmolecularweightgluteninsubunit(HMW鄄GS);proteincontent;sedimentationvalue摇摇高分子量麦谷蛋白亚基(Highmolecularweightgluteninsubunit,HMW鄄GS)是小麦储藏蛋白的主要成分,按照分子量的大小和迁移率的不同,HMW鄄GS又分为x型亚基(分子量高,迁移率小)和y型亚基(分子量低,迁移率大).
HMW鄄GS的编码基因位于第1组同源染色体长臂靠近着丝点的Glu鄄A1、Glu鄄B1和Glu鄄D13个位点上,每个位点包括x和y两个紧密连锁的基因.
从理论上来说,每个小麦品种都应该包含6个不同的亚基,而实际上由于1Ay基因总是处于沉默状态,因此大部分小麦品种中只含有3~5个亚基[1鄄3].
虽然小麦谷蛋白的数量与加工品质有关[4],但Payne等[2,5]认为HMW鄄GS构成对小麦加工品质的影响更大,特别是Glu鄄Dl位点上的5+10亚基与烘烤品质呈显著正相关.
目前,对HMW鄄GS与面包加工品质之间的关系已有较一致的认识[6鄄9],HMW鄄GS组成已成为品质育种中亲本选配和杂交后代选择的重要依据.
除此之外,蛋白质含量和沉降值等也是衡量小麦烘烤品质的重要指标,蛋白质含量和沉降值这两个品质指标与湿面筋含量、面包烘烤品质、面团特性等多项指标均有很好的相关性,常作为衡量小麦品种品质的重要指标,已广泛应用于小麦品质育种[10鄄13].
系统而深入地研究HMW鄄GS的遗传特性以及明确各亚基与品质性状之间的关系,对改良中国小麦品质具有非常重要的意义.
中国大部分小麦品种缺少优质谷蛋白亚基,引入优质亚基是中国小麦品质改良的一条重要途径.
为此,本研究选用172份代表北方麦区的小麦品种,从亚基及亚基组成与蛋白质含量和沉降值之间的关系进行了探索,以期为小麦品质育种提供依据.
1摇材料与方法1.
1摇试验材料选用代表北方麦区育种状况的小麦品种172份,其中北部冬麦区(北京)29份,黄淮平原麦区(河北、甘肃、河南、山西、山东、陕西、安徽淮南)90份,江苏淮北地区(连云港、徐州、淮安)53份,以中国春(N,7+8,2+12)、原冬107(1,7+9,5+10)、Opata(2*,13+16,2+12)、Pavon(2*,17+18,5+10)为对照品种.
所有材料均由江苏省农业科学院农业生物技术研究所小麦研究室引进并保存.
2013年10月下旬将试验材料种植于江苏省农业科学院试验基地,行长2m,行距0.
28m,3行区,3个重复.
常规田间管理,成熟时每小区收获中间1行进行籽粒品质分析.
1.
2摇试验方法1.
2.
1摇SDS鄄PAGE凝胶电泳摇取半粒种子,粉碎并置于1郾5ml离心管中,加入50%异丙醇在65益水浴中提取,弃去上清液.
在沉淀中分别加入2郾0%的二硫苏糖醇(DTT)和1郾4%四乙烯吡啶(VP),还原及烷基化HMW鄄GS,然后加入含有还原剂茁鄄巯基乙醇的谷蛋白样品提取液(pH=6郾8),提取麦谷蛋白样品[14].
每个品种重复2次.
制胶:用13%的分离胶(pH=8郾8,C=1郾3%)和4郾8%的浓缩胶(pH=6郾8,C=1郾3%)分离.
玻璃板规格:14cm伊12cm.
电泳:加样量为10滋l,电极缓冲液pH约为8郾0,每板胶电流15mA,15益左右电泳10h.
染色与脱色:考马斯亮蓝R鄄250染色24h,蒸馏水脱色48h.
此方法的优点是,能非常清楚地分辨2*与2、17与18等难分离的亚基.
242江苏农业学报摇2015年第31卷第2期1.
2.
2摇小麦品质性状测定摇粗蛋白(14%湿基)用Perton近红外分析仪测定;Zeleny沉降值用Barbend鄄er公司沉降仪按AACC56鄄61A法测定.
1.
2.
3摇统计分析摇用SPSS8.
0统计软件对数据进行比较分析.
2摇结果与分析2.
1摇高分子量谷蛋白亚基的等位变异及其变异频率摇摇分析了172份北方麦区部分小麦品种HMW鄄GS的等位变异及其变异频率(表1),共发现12种亚基或亚基对.
包括Glu鄄A1位点的1、2*和Null亚基,Glu鄄B1位点的7+8、7+9、6+8、13+16、14+15和17+18亚基,Glu鄄D1位点的2+12、4+12和5+10亚基.
在Glu鄄A1位点,1亚基出现频率最高,为54郾07%,Null亚基次之,为39郾53%,2*亚基最低,为6郾40%.
在Glu鄄B1位点,7+9和7+8亚基的出现频率远高于其他亚基,分别为48郾25%和36郾63%,14+15亚基的出现频率也较高,为8郾72%,而17+18、6+8和13+16亚基的出现频率最低,分别为2郾91%、2郾33%和1郾16%.
在Glu鄄D1位点,5+10和2+12亚基出现频率最高,分别为50郾00%和48郾84%,而4+12亚基的出现频率最低,为1郾16%.
表1摇高分子量谷蛋白亚基的等位变异及其频率Table1摇AllelicvariationandfrequencyofHMW鄄GS基因位点等位基因亚基品种数量(个)出现频率(%)Glu鄄A1a19354.
07b2*116.
40cnull6839.
53Glu鄄B1b7+86336.
63c7+98348.
25d6+842.
33f13+1621.
16h14+15158.
72i17+1852.
91Glu鄄D1a2+128448.
84c4+1221.
16d5+108650.
002.
2摇高分子量谷蛋白亚基的组成及其变异频率分析了172份北方麦区部分小麦品种的亚基组成类型及其频率(表2),发现共有24种亚基组成类型.
出现频率较高的组合形式有1/7+8/5+10、1/7+9/5+10和N/7+9/2+123种,频率分别为14郾53%、13郾37%和11郾63%;出现频率次高的组合形式有1/7+9/2+12、N/7+9/5+10和N/7+8/2+123种,频率分别为9郾88%、9郾88%和8郾14%;其他亚基组合类型出现的频率较低.
在24种亚基组成类型中,没有发现出现频率有明显优势的组合类型.
表2摇高分子量谷蛋白亚基组成类型及其频率Table2摇ComposistionandfrequencyofHMW鄄GSGlu鄄A1Glu鄄B1Glu鄄D1材料数频率(%)17+92+12179.
8817+85+102514.
53N7+85+1052.
91N6+82+1231.
7417+82+12137.
56N7+92+122011.
63N7+82+12148.
1416+85+1010.
5817+94+1210.
58N7+95+10179.
88N17+185+1010.
5817+95+102313.
37117+185+1042.
3317+84+1210.
582*7+82+1252.
912*7+92+1231.
742*7+95+1021.
162*14+155+1010.
58N14+155+1031.
74N14+152+1242.
33114+155+1021.
16114+152+1252.
91113+165+1010.
58N13+162+1210.
58342杨摇丹等:北方麦区小麦品种高分子量谷蛋白亚基组成及其与品质性状的关系2.
3摇高分子量谷蛋白亚基对蛋白质含量和沉降值的作用摇摇由表3可以看出,不同高分子量谷蛋白亚基对小麦品种的蛋白质含量和沉降值的影响明显不同.
在Glu鄄A1位点,1和2*亚基在蛋白质含量和沉降值上均无显著差异,但1和2*亚基与Null亚基的蛋白质含量和沉降值均达到极显著差异.
在Glu鄄B1位点,13+16、14+15和17+18亚基间在蛋白质含量上均无显著差异,但它们与7+8、7+9和6+8亚基在蛋白质含量上均达到显著或极显著差异.
在沉降值上,14+15和17+18亚基间无显著差异,而14+15和17+18亚基均与其他亚基达到显著或极显著差异.
结果表明,14+15、17+18、13+16和7+8亚基无论对蛋白质还是沉降值均有较大作用.
在Glu鄄D1位点,5+10亚基对蛋白质含量和沉降值的影响远高于其他亚基,而且达到极显著水平.
不同位点亚基对蛋白质含量的作用可分别表示为:1逸2*>Null,13+16逸14+15逸17+18逸7+8>7+9>6+8,5+10>2+12>4+12;对沉降值的作用可分别表示为:2*逸1>Null,14+15逸17+18>7+8逸13+16>7+9>6+8,5+10>2+12>4+12.
表3摇高分子量谷蛋白亚基对蛋白质含量和沉降值的作用Table3摇EffectsofHMW鄄GSonproteincontentandsedimentationvalueofwheat位点亚基蛋白质含量(%)变幅均值SDS沉淀值(ml)变幅均值Glu鄄A1112.
1~18.
414.
64aA24.
2~58.
940.
56aA2*11.
3~17.
414.
57aA31.
5~47.
940.
70aANull11.
3~17.
214.
12bB23.
8~55.
638.
18bBGlu~B113+1614.
2~17.
815.
28aA36.
4~42.
838.
80bB14+1512.
7~17.
014.
99abA41.
8~55.
643.
12aA17+1813.
8~16.
414.
87abAB37.
9~54.
442.
50aAB7+811.
3~16.
914.
71bAB25.
6~58.
939.
42bB7+912.
2~15.
413.
83cB22.
3~55.
536.
19cC6+812.
9~14.
313.
25dC34.
0~35.
635.
00dDGlu~D15+1012.
3~18.
415.
43aA27.
3~55.
538.
60aA2+1211.
8~16.
714.
61bB23.
2~54.
637.
10bB4+1211.
5~15.
413.
53cC33.
5~36.
935.
90cB同列中不同小写字母表示差异显著(P7+8>7+9>7=6+8;Branlard等[18]认为亚基13+16逸17+18逸7+9=7+8=7=6+8;马传喜和马啸等[19鄄20]认为,亚基17+18>7+8>7+9;本研究认为对沉降值的作用:亚基14+15逸17+18>7+8逸13+16>7+9>6+8,这与前人的研究结果基本一致.
张勇等[21]研究认为HMW鄄GS的变异是决定面包烘烤品质的重要因素,Glu鄄D1位点的品质效应来源于5+10和2+12亚基间的差异,含有5+10亚基的品种比含有2+12亚基的品种的沉降值和稳定时间要高,且差异达到显著水平,对于Glu鄄D1位点,已达成共识,一致认为5+10亚基对沉降值的效应显著大于2+12.
前人报道[22鄄23]中国推广小麦品种中,5+10亚基的出现频率很低,这是中国小麦品质差的主要原因,建议提高5+10亚基在我国小麦品种中出现的频率.
本研究选用的材料可以代表当前北方麦区的育种水平和动态,在Glu鄄D1位点,5+10亚基的出现频率最高,达到了49郾42%,说明近年来中国小麦在品质育种方面也取得了较大的进展.
江苏省地处中国气候过渡带,淮北地区为半冬性中强筋小麦种植区,淮南地区为春性中弱筋小麦种植区,沿江和沿海地区则为独特的优质弱筋小麦种植区,因此不同地区小麦品种的亚基改良应有所差异[15].
参试材料中江苏淮北地区共有53份,优质亚基组成1/7+8/5+10只有5份,并且品种的沉降值偏低,需要引入17+18、5+10等和筋力强度相关的优质亚基;淮南弱筋麦区在品种选育中需要避免5+10亚基引入,以期降低面筋强度.
需要加强2*、7+8、2+12、2郾2+12等与延展性相关的优质亚基的引入[8].
Kolster[24]研究指出,优质小麦亲本应包括2*、542杨摇丹等:北方麦区小麦品种高分子量谷蛋白亚基组成及其与品质性状的关系17+18、5+10亚基,1和7+8亚基也决定一定的优质性状.
本研究所选用的172份材料中,也筛选出了一些含有2*、17+18和14+15等优质亚基类型的材料,但出现频率并不高,这要求我们在今后的小麦品质育种工作中,要充分利用并提高这些优质亚基所占的比例.
目前,不同学者采用的材料不同,亚基组成对小麦品质贡献研究的结果不尽一致,这可能是由于小麦的遗传背景不同,环境条件的差异,仪器及技术水平的限制,缺乏统一的HMW鄄GS对小麦加工品质的评价系统所造成,这些内容尚有待进一步研究.
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(责任编辑:陈海霞)642江苏农业学报摇2015年第31卷第2期