王曙光 楊海峰， 孫黛珍 李中青 史雨剛 范 華 曹亞萍

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院1，太谷 030801）

（山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院小麥研究所2，臨汾 041000）

（山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院谷子研究所3，長(zhǎng)治 046011）

麥醇溶蛋白和麥谷蛋白是普通小麥的主要貯藏蛋白，其含量和組成影響著小麥面團(tuán)黏彈性和烘焙品質(zhì)［1］。麥醇溶蛋白經(jīng)酸性聚丙烯酰胺凝膠電泳（A－PAGE）分離后，按分子質(zhì)量的大小和遷移率的變化分為ω、γ、β和α4個(gè)區(qū)，ω、γ醇溶蛋白主要受控于Gli－1位點(diǎn)，β和α主要受控于Gli－2位點(diǎn)。目前已在普通小麥的Gli－1和Gli－2位點(diǎn)上鑒定出130個(gè)等位變異［2－3］，并且已有一些國(guó)家和地區(qū)在對(duì)其廣泛應(yīng)用的小麥品種或種質(zhì)的醇溶蛋白組成及遺傳變異分析的基礎(chǔ)上，也發(fā)現(xiàn)了一些優(yōu)質(zhì)基因［4－8］，如 Gli－B1b、Gli－A2b、Gli－B2c。對(duì)我國(guó)小麥品種資源醇溶蛋白等位變異的研究也發(fā)現(xiàn)了一些譜帶對(duì)沉降值有正向效應(yīng)，一些有負(fù)向效應(yīng)［9－10］，但由于醇溶蛋白在不同小麥品種間表現(xiàn)出高度的多態(tài)性而且醇溶蛋白的等位變異比谷蛋白復(fù)雜的多，目前僅僅報(bào)道了少數(shù)譜帶與小麥品質(zhì)的關(guān)系，因此有必要加強(qiáng)醇溶蛋白的組成、等位變異與小麥品質(zhì)關(guān)系的研究，以便利用優(yōu)質(zhì)醇溶蛋白譜帶輔助選育優(yōu)質(zhì)小麥品種。本課題組前期已經(jīng)分析了山西小麥地方品種、育成品種和外引品種醇溶蛋白的組成［11］和Wx蛋白缺失類型［12］，發(fā)現(xiàn)一些亞基在品種中出現(xiàn)的頻率較高。在此基礎(chǔ)上，本研究以山西農(nóng)業(yè)科學(xué)院小麥研究所和山西農(nóng)業(yè)大學(xué)近幾年選育的小麥新品種和新品系為試材，采用A－PAGE技術(shù)探討醇溶蛋白亞基與一些小麥品質(zhì)性狀之間的關(guān)系，為優(yōu)質(zhì)小麥品種的選育提供基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1．1 試驗(yàn)材料

見(jiàn)表1，由山西農(nóng)業(yè)科學(xué)院小麥研究所和山西農(nóng)業(yè)大學(xué)小麥育種室提供。

表1 醇溶蛋白譜帶相對(duì)遷移率R m的計(jì)算

續(xù)表

1．2 試驗(yàn)方法

1．2．1 品質(zhì)分析

蛋白質(zhì)含量測(cè)定采用微量凱氏定氮法，濕面筋含量測(cè)定按 GB／T 5506．1—2008進(jìn)行，沉降值測(cè)定參照李碧碩的方法進(jìn)行［13］。

1．2．2 醇溶蛋白組分分析

參照尹燕枰等［14］的方法進(jìn)行小麥種子醇溶蛋白的分離。以中國(guó)春為對(duì)照，參照4條譜帶（20．3，50．0，60．0，81．8），在 excel下編制程序，計(jì)算其他各譜帶的相對(duì)遷移率，然后對(duì)譜帶進(jìn)行命名［15］。計(jì)算公式見(jiàn)表1。

1．2．3 譜帶的相對(duì)含量

利用Biorad Gel Doc XR凝膠成像系統(tǒng)（內(nèi)裝quantity one分析軟件）計(jì)算譜帶的相對(duì)含量，原理是單條譜帶的光密度與面積的乘積占整個(gè)泳道所有譜帶光密度與面積乘積和的百分比。

2 結(jié)果與分析

2．1 供試材料的醇溶蛋白組成及譜帶頻率

圖1 20個(gè)品種（系）醇溶蛋白電泳圖

20個(gè)小麥品種（系）共分離出51條遷移率不同的醇溶蛋白譜帶（圖1），ω區(qū)21條，γ區(qū)13條，β區(qū)6條，α區(qū)11條。其中Gli－58．6、Gli－63．0在所有供試品種中穩(wěn)定表達(dá)，頻率為100%，Gli－16．5和Gli－19．1出現(xiàn)頻率為 85%，Gli－23．2，31．4，34．8，36．6，46．2，55．3，69．4出現(xiàn)頻率在 50% ～85%之間（表2）。利用凝膠成像系統(tǒng)分析這些譜帶在每個(gè)品種中的相對(duì)含量。

表2 醇溶蛋白譜帶在20個(gè)品種（品系）中出現(xiàn)的頻率

2．2 供試材料的品質(zhì)性狀變異

20個(gè)小麥品種（系）的蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)介于12．8%～15．88%之間，濕面筋質(zhì)量分?jǐn)?shù)介于22．8%～37．5%，沉降值介于 21～62．6mL之間。品種臨優(yōu)145的3個(gè)品質(zhì)性狀指標(biāo)均較高，品質(zhì)最好，其次為臨汾5064和小堰54，807的3個(gè)指標(biāo)均較低，品質(zhì)較差（表3）。

表3 20個(gè)小麥品種（系）的品質(zhì)性狀指標(biāo)

續(xù)表

2．3 醇溶蛋白譜帶與品質(zhì)性狀指標(biāo)的相關(guān)性

以各條譜帶在不同品種中的相對(duì)含量為自變量，該品種的品質(zhì)指標(biāo)為因變量進(jìn)行相關(guān)性分析。發(fā)現(xiàn)譜帶Gli－16．5與沉降值呈顯著正相關(guān)；Gli－19．1與蛋白質(zhì)含量和濕面筋呈顯著正相關(guān)；Gli－31．4與濕面筋顯著負(fù)相關(guān)、與沉降值極顯著負(fù)相關(guān)；Gli－34．8與沉降值顯著負(fù)相關(guān)；Gli－36．6與蛋白質(zhì)含量極顯著負(fù)相關(guān)、與濕面筋和沉降值顯著負(fù)相關(guān)；Gli－58．6與沉降值顯著正相關(guān)；Gli－63．0與濕面筋極顯著正相關(guān)；Gli－69．4與沉降值顯著正相關(guān)（表4）。

表4 醇溶蛋白譜帶與小麥品質(zhì)性狀指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)

3 討論與結(jié)論

小麥醇溶蛋白主要由位于第1、6部分同源染色體短臂上的基因位點(diǎn) Gli－1和 Gli－2所編碼［16］，Gli－1包括 Gli－A1、Gli－B1、Gli－D1，Gli－2包括Gli－A2、Gli－B2、Gli－D2。迄今為止，除了在這 6個(gè)位點(diǎn)鑒定的等位基因之外，還發(fā)現(xiàn)了一些微效基因位點(diǎn)，主要編碼少數(shù)ω－醇溶蛋白［17］。由于各位點(diǎn)存在大量的等位基因變異以及不同等位基因的組合，使醇溶蛋白表現(xiàn)出高度的多態(tài)性，而且具有遺傳上的穩(wěn)定性，幾乎不受環(huán)境條件的影響。因此，醇溶蛋白等位基因的變異可作為遺傳標(biāo)記用于小麥品質(zhì)育種，研究醇溶蛋白等位變異與小麥品質(zhì)性狀的關(guān)系可為標(biāo)記輔助育種提供依據(jù)。

目前已經(jīng)證明了一些醇溶蛋白譜帶與品質(zhì)性狀的關(guān)系，如醇溶蛋白帶43．5、59．0和強(qiáng)面筋，而它的等位蛋白帶 40．0、58．0與弱的面筋品質(zhì)有關(guān)［3］。醇溶蛋白譜帶 α72．5、α74、α76、α84，β61、β63、γ43、γ52，ω11、ω13．5、ω16、ω20、ω30、ω32、ω37與小麥面筋彈性、膨脹性、黏性及延展性正相關(guān)，而 β57．5，γ42．5、γ47．5，ω35．5成負(fù)相關(guān)［18］。Wrigley等［19］研究證明醇溶蛋白譜帶ω2、ω4、ω14和ω19與面筋強(qiáng)度密切相關(guān)。Kosmolak等［20］發(fā)現(xiàn)，硬粒小麥中醇溶蛋白γ－42和γ－45與面筋品質(zhì)顯著相關(guān)，含γ－45的品種具有較好的面筋品質(zhì)，而含γ－42的品種具有較差的面筋品質(zhì)。閻旭東等［9］對(duì)1 124份材料的醇溶蛋白研究表明，有10條譜帶對(duì)沉降值有顯著影響，其中正效譜帶有 7條（如 Gli42．3、62．7、39．6（2）、11．4、23．0等），負(fù)效譜帶有 3條（如 26．7，57．0等）。聶莉等［21］研究發(fā)現(xiàn)譜帶 19．5、21．1、24．8可顯著提高 Zeleny沉降值，40．1、72．9、84．8可同時(shí)提高蛋白質(zhì)含量和濕面筋含量，而19．9和22．8會(huì)顯著降低Zeleny沉降值。本研究發(fā)現(xiàn)Gli－19．1同時(shí)對(duì)蛋白質(zhì)含量和濕面筋含量具有正向效應(yīng)，Gli－36．6同時(shí)對(duì)沉降值、蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量具有負(fù)向效應(yīng)，Gli－31．4同時(shí)對(duì)濕面筋和沉降值具有負(fù)向效應(yīng)；其他譜帶 Gli－63．0對(duì)濕面筋具有正向效應(yīng)，Gli－58．6，Gli，69．4對(duì)沉降值具有正向效應(yīng)，而Gli－34．8對(duì)沉降值具有負(fù)向效應(yīng)（表5），因此對(duì)于優(yōu)質(zhì)強(qiáng)筋小麥來(lái)說(shuō)，Gli－36．6，Gli－31．4屬于劣質(zhì)帶，而Gli－19．1屬于優(yōu)質(zhì)帶。

遺憾的是本研究與其他許多研究所報(bào)道的具體的醇溶蛋白位點(diǎn)與小麥品質(zhì)性狀的關(guān)系尚缺乏一致的結(jié)論，究其原因，一是醇溶蛋白各位點(diǎn)等位基因的分布具有明顯的地域性，不同國(guó)家和地區(qū)間有相當(dāng)大的差異，在一個(gè)國(guó)家和地區(qū)普遍存在的等位基因在其他國(guó)家和地區(qū)可能完全匱乏［22］。另一個(gè)原因可能與所采用的電泳方法有關(guān)，雖然目前大多數(shù)研究者都參照ISTA的A－PAGE標(biāo)準(zhǔn)方法，但多數(shù)實(shí)驗(yàn)室都進(jìn)行了不同程度的修改，使之更適合自己的研究對(duì)象和目的，如本試驗(yàn)采用的凝膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%，而郎明林等［10］的凝膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6．7%，閻旭東等［9］的凝膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)約8．5%，本試驗(yàn)所采用的催化系統(tǒng)是APS－硫酸亞鐵－抗壞血酸，而閻旭東等［9］、郎明林等［10］所采用的催化系統(tǒng)是過(guò)氧化氫－硫酸亞鐵－抗壞血酸。除此之外，還有人認(rèn)為醇溶蛋白是由多基因控制的單體蛋白，且基因位點(diǎn)與低分子質(zhì)量麥谷蛋白亞基基因位點(diǎn)緊密連鎖，對(duì)于醇溶蛋白與小麥品質(zhì)性狀的復(fù)雜關(guān)系的研究，要綜合考慮其一級(jí)結(jié)構(gòu)、空間排列及相互之間或與谷蛋白之間的相互作用［23］。因此有必要采用反向高效液相色譜（RP－HPLC）和質(zhì)譜儀基質(zhì)輔助激光解吸離子化質(zhì)譜（MALDI－Ms）等先進(jìn)技術(shù)來(lái)更加準(zhǔn)確地鑒定醇溶蛋白的等位變異。

表5 高頻譜帶對(duì)小麥品質(zhì)效應(yīng)的分類

許多研究發(fā)現(xiàn)一些醇溶蛋白譜帶對(duì)一個(gè)或多個(gè)品質(zhì)性狀具有正向效應(yīng)，另一些譜帶具有負(fù)向效應(yīng)［8－9，18－21］，這與本研究結(jié)果相似，這些正向效應(yīng)譜帶給育種家進(jìn)行生化標(biāo)記輔助選擇優(yōu)質(zhì)小麥提供了方便。育種家可以首先對(duì)親本材料進(jìn)行電泳分析，選擇具有優(yōu)質(zhì)蛋白帶、農(nóng)藝性狀好的親本雜交，然后從F2代起進(jìn)行單粒電泳篩選，用無(wú)胚的一端作APA GE鑒定，篩選具有優(yōu)質(zhì)基因的籽粒，用有胚的一端繁殖后代；進(jìn)入高代之后再對(duì)定型的優(yōu)系進(jìn)行品質(zhì)測(cè)定，進(jìn)一步篩選出優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)品系。對(duì)于負(fù)向效應(yīng)的譜帶也可通過(guò)輔助選擇加以避免。

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