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        野生二粒小麥后代LMW-GS編碼基因克隆與序列分析

        2016-02-06 14:54:04
        中國(guó)農(nóng)業(yè)信息 2016年10期

        曹 前

        (四川省儀隴縣農(nóng)牧業(yè)局,南充  637600)

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        野生二粒小麥后代LMW-GS編碼基因克隆與序列分析

        曹前

        (四川省儀隴縣農(nóng)牧業(yè)局,南充637600)

        通過(guò)PCR擴(kuò)增的方法,從穩(wěn)定遺傳的野生二粒小麥高世代后代中分離低分子量谷蛋白基因。并且對(duì)核苷酸和氨基酸序列進(jìn)行生物信息學(xué)分析,以期為探索SNPs變異在遺傳育種中的特性提供參考,為實(shí)現(xiàn)分子層面小麥品質(zhì)育種奠定理論基礎(chǔ)。

        小麥 低分子量谷蛋白 基因克隆 序列分析

        野生二粒小麥具有高蛋白質(zhì)含量、豐富的貯藏蛋白組成等優(yōu)良性狀,是被期望為全球小麥的可持續(xù)生產(chǎn)貢獻(xiàn)其全方位多樣性的優(yōu)異物種[1]。然而,遺憾的是,其豐富的遺傳多樣性在普通小麥種已被降低達(dá)70%左右[2]。該研究旨在對(duì)野生二粒小麥為父本,栽培小麥為母本的遠(yuǎn)緣雜種高世代,進(jìn)行LMW-GS基因的分子克隆和序列分析,探討野生二粒小麥LMW-GS基因向普通小麥的導(dǎo)入與表達(dá)能力,篩選具有含有野生二粒小麥LMW-GS的遺傳種質(zhì)。

        1 材料和方法

        1.1 材料

        (川農(nóng)16×野生二粒小麥D97)F11的2 n=42的穩(wěn)定株系7-40、7-209;(川農(nóng)16×野生二粒小麥D97)F11與內(nèi)麥9號(hào)雜交F2 的株系Q-F2系列;并以親本川農(nóng)16為對(duì)照。

        1.2 方法

        采用改進(jìn)2×CTAB方法對(duì)小麥葉片進(jìn)行基因組DNA提?。?]。運(yùn)用基因組DNA的PCR擴(kuò)增、轉(zhuǎn)化、克隆,最后進(jìn)行測(cè)序分析。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 LMW-GS基因核酸推導(dǎo)與氨基酸序列分析

        保守的N-端區(qū),其基本組成如METSCIPGL,其中SCIPGL部分突變率較高,其決定了小麥LMW-GS屬于何種類(lèi)型,所克隆的基因序列絕大多數(shù)為L(zhǎng)MW-m型,包括亞基型有SCIPGL,SCISGL,PCIPGL,PCHPWL,SHIPSL,SRVPGL等6種, 其 中PCHPWL,SHIPSL,SRVPGL極其罕見(jiàn);LMW-i型亞基出現(xiàn)1次,未見(jiàn)LMW-s型亞基。從而推導(dǎo)這3種類(lèi)型的LMW-GS谷蛋白亞基在小麥中的分布極不均衡。

        重復(fù)區(qū)較長(zhǎng),多肽類(lèi)型較為豐富,重復(fù)區(qū)不含半胱氨酸。所克隆LMW-GS序列的重復(fù)區(qū)都富含脯氨酸(P)和谷氨酰胺(Q),其主要重復(fù)片段有QQFPQQ、QQQPLFQQ、QQPFSQQQ、QQPPFSQQQ、QQPPFLQQQ、PPFSQQQQ、QQQPSFSQQ、PLFSQQQQ等重復(fù)單元;該區(qū)域的變異程度較高,主要由于重復(fù)單元數(shù)量不同所致,這也決定了LMW-GS基因長(zhǎng)度的變異。

        2.2 LMW-GS半胱氨酸殘基(Cys)的數(shù)目及位置

        LMW-GS家族成員半胱氨酸殘基(Cys)相對(duì)保守,一般在8個(gè)左右。該研究通過(guò)分析LMW-GS蛋白質(zhì)編碼序列,發(fā)現(xiàn)該26個(gè)基因中半胱氨酸殘基(Cys)特異性變異出現(xiàn)了6個(gè)不同位置共15次由其它氨基酸替換為半胱氨酸(Cys)。發(fā)現(xiàn)了6條具有額外半胱氨酸殘基(Cys),具有9個(gè)半胱氨酸(殘基Cys)的亞基序列;同時(shí)發(fā)現(xiàn)2條半胱氨酸殘基(Cys)缺失型亞基序列,來(lái)自母本CN16,其Cys殘基缺失了1個(gè)。

        所獲得的LMW-GS氨基酸序列中,半胱氨酸殘基(Cys)變異在N-端相對(duì)較少,只出現(xiàn)了2個(gè)半胱氨酸殘基(Cys)被替換的序列;而大部分變異出現(xiàn)在信號(hào)肽區(qū)和C-端。其中,在信號(hào)肽區(qū)出現(xiàn)了6個(gè)半胱氨酸殘(Cys)基替換其他氨基酸的序列。C-端最為豐富,主要表現(xiàn)為半胱氨酸(Cys)替換其他氨基酸,如半胱氨酸(Cys)替換甲硫氨酸(M)2個(gè)、半胱氨酸(Cys)替換精氨酸(R)2個(gè)、半胱氨酸(Cys)替換甘氨酸(G)3個(gè)。

        3 討論

        半胱氨酸殘基(Cys)變異對(duì)小麥品質(zhì)影響的可能性推測(cè),該研究克隆出的氨基酸序列中,6個(gè)LMW-m型氨基酸序列信號(hào)肽區(qū)第16位為半胱氨酸(C),其余序列為色氨酸(S),其變異極為罕見(jiàn);在N-端也出現(xiàn)了半胱氨酸(C)向組氨酸(H)和精氨酸(R)的稀有突變;從氨基酸極性和親水性分析雖不影響信號(hào)肽的性質(zhì),但不能排除Cys殘基在氨基酸聚合時(shí)二硫鍵可能會(huì)對(duì)蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)起改變作用,從而影響蛋白質(zhì)構(gòu)造,進(jìn)而可能影響小麥的品質(zhì)。

        [1] gianibelli M C,Larroque O R,MacRichie F,Wrigley C W. Biochemical,genetic,and molecular characterization of wheatglutenin and its component subunits. Cereal Chemstry,2001,(78):635~646

        [2] Jaradat A. Ecogeography,genetic diversity,and breeding value of wild emmer wheat(Triticum dicoccoides K?rn ex Asch. & Graebn.)Thell. Australian Journal of Crop Science,2011,5,(9):1 072~1 086

        [3] 顏澤洪. 山羊草屬物種高分子量谷蛋白基因的分子克隆. 四川農(nóng)業(yè)大學(xué)博士論文,2001

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