張福彥，陳鋒，程仲杰，楊保安，范家霖，陳曉杰，張建偉，陳云堂，崔龍

（1河南省科學院同位素研究所有限責任公司/河南省核農學重點實驗室，鄭州 450015；2河南農業(yè)大學農學院/河南省糧食作物協(xié)同創(chuàng)新中心，鄭州 450002）

小麥TaLox-B等位變異對脂肪氧化酶活性和面粉色澤的影響

張福彥1，陳鋒2，程仲杰1，楊保安1，范家霖1，陳曉杰1，張建偉1，陳云堂1，崔龍1

（1河南省科學院同位素研究所有限責任公司/河南省核農學重點實驗室，鄭州 450015；2河南農業(yè)大學農學院/河南省糧食作物協(xié)同創(chuàng)新中心，鄭州 450002）

【目的】小麥籽粒脂肪氧化酶（Lox）與面粉色澤密切相關，研究TaLox-B位點上的不同等位變異類型對Lox活性和面粉色澤的影響，為面粉色澤的改良和相關的品質育種工作提供參考依據。【方法】選用122份河南小麥品種（系）為試驗材料，用紫外分光光度計和色差儀分別測定其Lox活性和面粉色澤，并利用控制脂肪氧化酶活性位于4BS上的TaLox-B1、TaLox-B2和TaLox-B3位點上的功能標記Lox16、Lox18和Lox-B23對參試材料的Lox基因型進行鑒定?！窘Y果】不同品種間Lox活性及其色澤性狀差異達到極顯著水平?；蛐丸b定結果表明，參試材料的TaLox-B1位點存在TaLox-B1a和TaLox-B1b兩種等位變異，所占比例分別為63.9%和39.1%，TaLox-B2位點存在TaLox-B2a和TaLox-B2b兩種等位變異，所占比例分別為57.4%和42.6%，TaLox-B3位點也存在TaLox-B3a和TaLox-B3b兩種等位變異，所占比例分別為41.8%和48.2%。分析其基因型組合發(fā)現(xiàn)，參試材料中共有6種基因型組合類型，依次為TaLox-B1a/TaLox-B2a/TaLox-B3a、TaLox-B1a/TaLox-B2a/TaLox-B3b、TaLox-B1a/TaLox-B2b/ TaLox-B3b、TaLox-B1b/TaLox-B2a/TaLox-B3a、TaLox-B1b/TaLox-B2a/TaLox-B3b和TaLox-B1b/TaLox-B2b/ TaLox-B3b，所占比例分別為41.8%、15.6%、6.6%、28.7%、5.7%和1.6%。分析不同TaLox-B位點基因與Lox活性及紅度（a*值）、黃度（b*值）、亮度（L*值）、白度（Wht值）等面粉色澤性狀的關系表明，單基因等位變異對Lox活性和面粉色澤的影響不同，3個基因等位變異a*值差異均不顯著，對Lox活性的效應，TaLox-B2a高于TaLox-B2b（P＜0.05），TaLox-B3a高于TaLox-B3b（P＜0.01），TaLox-B2a基因型的Wht值低于TaLox-B2b基因型（P＜0.01），TaLox-B3a基因型的Wht值也低于TaLox-B3b基因型（P＜0.05）。說明TaLox-B2和TaLox-B3對Lox活性和面粉色澤具有重要影響。進一步分析發(fā)現(xiàn)，擁有TaLox-B1a/TaLox-B2a/TaLox-B3a基因型組合的小麥品種（系）的Lox活性和b*值最高，a*值和Wht值最低，而TaLox-B1b/TaLox-B2b/TaLox-B3b基因型組合的小麥品種（系）的L*值、a*值和 Wht值最高，其 Lox活性和 b*值最低。【結論】河南小麥中所發(fā)現(xiàn)的 6種不同 Lox基因型組合中，擁有TaLox-B1a/TaLox-B2a/TaLox-B3a基因型組合的小麥品種（系）的Lox活性相對較高，Wht值相對較低（P＜0.05），而擁有TaLox-B1b/TaLox-B2b/TaLox-B3b基因型組合的小麥品種（系）的Lox活性相對較低，Wht值相對較高（P＜0.05）。Lox活性的遺傳控制在面粉色澤品質改良進程中發(fā)揮著關鍵作用。

普通小麥；脂肪氧化酶基因；功能標記；面粉色澤；河南

0 引言

【研究意義】面粉色澤與其面制品的商品性能關系密切，是小麥重要的品質指標之一[1]。面粉中氧化酶類、黃色素以及蛋白質等對面粉色澤的影響較為明顯[2]，脂肪氧化酶（Lipoxygenase，Lox）是小麥中最為重要的氧化酶之一，對面粉和其面制品的表觀色澤[3-4]、加工品質、營養(yǎng)品質以及儲藏性能均具有重要影響[5-6]，但目前對其研究仍不夠深入?！厩叭搜芯窟M展】Lox是一種含有多聚不飽和脂類的酶蛋白，在動物、植物和微生物中普通存在，特別在植物種子含量較為豐富[7-8]。國內外學者關于Lox的研究廣泛集中在大豆、大麥以及硬粒小麥等作物中，而在普通小麥中的相關研究相對較少。隨著麥類作物中Lox相繼被克隆和定位[9-11]，有關普通小麥中 Lox的分子基礎研究發(fā)展較為迅速。FENG等[12]在小堰54中同源克隆得到TaLox1和TaLox2，并分別將其定位在4DS和5DL染色體上，且發(fā)現(xiàn)在小麥籽粒 Lox活性方面，TaLox1比TaLox2的作用更加明顯。之后，又利用大麥LoxB序列在普通小麥4A染色體上同源克隆發(fā)現(xiàn)TaLox3[13]。 GARBUS等[14]在普通小麥中克隆發(fā)現(xiàn)了與硬粒小麥中類似的Lpx-A1-like、Lpx-B1.2和Lpx-D1，并將其分別定位在4A、4B和4D染色體上。近年來，隨著小麥基因組信息數(shù)據庫的不斷完善和同源克隆技術不斷進步，普通小麥中Lox的克隆也取得快速發(fā)展。GENG等[15]和ZHANG等[16]利用同源克隆技術分別在普通小麥中 4B染色體上克隆得到 TaLox-B1、TaLox-B2和TaLox-B3。TaLox-B1全長4 289 bp，含有7個外顯子和6個內含子，研究發(fā)現(xiàn)TaLox-B1存在TaLox-B1a和TaLox-B1b兩種等位變異類型，且二者序列之間存在著單核苷酸多態(tài)性，根據其差異性開發(fā)了1對互補的共顯性功能標記Lox16和Lox18[15]。相吉山等[17]和吳培培等[18]分別在普通小麥中對Lox16和Lox18功能標記進行實用性驗證，發(fā)現(xiàn)此標記擴增條帶清晰且穩(wěn)定性好，能準確鑒定TaLox-B1a和TaLox-B1b類型，可基本滿足小麥Lox活性輔助選擇的需要。而ZHANG等[16]從普通小麥中克隆的TaLox-B2和TaLox-B3全長分別為4 267和4 246 bp，與TaLox-B1結構類似也均含有7個外顯子和6個內含子，發(fā)現(xiàn)TaLox-B2存在TaLox-B2a和TaLox-B2b兩種等位變異類型，分析發(fā)現(xiàn)TaLox-B2a與TaLox-B2b和TaLox-B3的gDNA序列相似性分別達到99.4%和85.1%，基于三者的gDNA序列的差異，開發(fā)共顯性分子標記 Lox-B23，進一步研究發(fā)現(xiàn)Lox-B23標記在不同小麥品種（系）中存在多態(tài)性，且可以直接用PCR擴增的方法在不同材料中鑒定出TaLox-B2a、TaLox-B2b和TaLox-B3基因類型，進而篩選出高或低Lox活性優(yōu)異種質資源直接應用于小麥育種?！颈狙芯壳腥朦c】河南小麥生產在國家糧食安全中具有重要地位，河南小麥品種的遺傳改良對河南乃至黃淮海地區(qū)的小麥生產發(fā)揮著不可估量的作用。截止目前，盡管已有關于對河南小麥籽粒硬度控制基因的相關報道，但有關脂肪氧化酶控制基因對Lox活性及面粉色澤的影響尚無報道?！緮M解決的關鍵問題】本研究以122份河南小麥品種（系）為材料，利用功能標記Lox16、Lox18和Lox-B23對TaLox-B位點上的不同等位基因進行檢測，同時利用分光光度計和色差儀對參試材料的Lox活性、L*值、a*值和b*值進行測定，分析河南小麥品種（系）中Lox等位變異的分布特征以及不同等位變異對Lox活性和面粉色澤的影響，旨在為培育出高白度面粉的小麥品種提供一些優(yōu)異種質資源，也可為小麥Lox活性分子標記輔助育種提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料矮抗58、豐德存麥1號、富麥2008、豫同194、豫農211、周麥18、周麥32、鄭麥366、秋樂2122、新麥20、溫麥6號等122份河南小麥品種（系）來自河南省科學院同位素研究所小麥育種室收集的種質資源圃。這些材料涵蓋了河南小麥主要種植區(qū)近20年來種植和使用的小麥品種（系）。2013—2014和2014—2015年度在河南省科學院新鄭試驗基地種植，每個材料種植3行，行長2 m，行距0.25 m，每行播50粒種子，定苗30株左右。田間管理同大田生產，正常成熟后及時收獲。

1.2 表型測定

利用分光光度計法測定籽粒Lox活性，對參試材料每個品種（系）分別選取3粒較為完整、無明顯破損的籽粒，重復3次，具體步驟參照ZHANG等[16]的測定方法。

取每份經過清選的種子0.5 kg，采用Chopin CD1型實驗磨粉機（法國雷諾Chopin公司）對所有參試材料進行磨粉，詳細方法參照陳鋒等[19]方法進行。采用日本柯尼卡美能達公司生產的 CR-410色彩色差儀測定每個參試品種的色差儀參數(shù)，詳細方法按照CR-410色彩色差儀的說明書進行，L*代表亮度軸，表示面粉的亮（白）度，其值越大，面粉越亮（白）；a*代表面粉的紅綠度，其值越大，面粉紅度越高；b*代表黃藍度，其值越大，面粉越黃。全部測試結果在2個月內完成。利用汪帆等[20]計算面粉亨特白度的方法計算參試材料面粉白度，其計算公式為：

1.3 基因型鑒定

采用SLS（十二酰肌氨酸鈉）快速提取小麥籽粒DNA法提取參試材料DNA，此方法是根據CHEN等[21]提取DNA的方法改進而成。

利用目前普通小麥中已開發(fā) Lox功能標記檢測對TaLox-B1、TaLox-B2、TaLox-B3的等位變異（表1）。PCR反應體系（20 μL）中含20 mmol·L-1KCl、20 mmol·L-1Tris-HCl（pH 8.4）、1.5 mmol·L-1MgCl2（pH 8.0）、200 μmol·L-1的dNTP、上下游引物各10 pmol·L-1、模板DNA 100 ng、Taq DNA聚合酶1.0 U（北京天根）。在Tprofessional standard型PCR儀（Biometra）中進行擴增，PCR反應程序參照GENG等[15]和 ZHANG等[16]擴增程序進行，反應程序結束后取5 μL PCR擴增產物用1.5%瓊脂糖凝膠電泳分離、染色，用Fire Reader凝膠成像系統(tǒng)下掃描照相，并保存至計算機以備分析。

表1 普通小麥中檢測TaLox-B位點不同等位變異的功能標記Table 1 Functional markers for detecting different alleles of TaLox-B genes in bread wheat

1.4 數(shù)據分析

利用Excel軟件對所測定的Lox活性、L*值、a*值和b*值數(shù)據整理和分析，并對同一基因不同等位變異品種的表型進行t測驗。利用SPSS 18.0軟件對不同基因型組合品種的表型間進行差異顯著性分析和方差分析（ANOVA），并利用LSD法進行多重比較。

2 結果

2.1 供試小麥品種（系）的Lox活性及面粉色澤性狀分析

由表2可見，河南不同小麥品種（系）籽粒中Lox活性、面粉的L*值、a*值、b*值和Wht之間的差異極顯著。供試材料的Lox活性平均值為72.70，變幅為58.60—84.51，變異系數(shù)為8.10%。面粉L*的平均值為95.15，變幅為93.16—96.35，變異系數(shù)為0.74%；面粉a*值變幅為-1.43—-0.03，變異系數(shù)為56.61%；面粉b*的平均值為8.51，在6.02—12.68范圍內分布，變異系數(shù)為16.28%；而面粉Wht的平均值為90.18，變幅為86.03—92.86，變異系數(shù)為1.62%。由此可見，供試品種（系）間的Lox活性、面粉的L*值、a*值、b*值和Wht的差異較大，a*值的變異系數(shù)最大，變異最為豐富，其次為b*值和Lox活性；說明不同品種（系）間的面粉色澤參數(shù)也存在一定差異。

表 2 參試小麥品種（系）Lox活性及面粉色澤性狀分析Table 2 Analysis of Lox activity and flour color traits in the cultivars and lines surveyed

2.2 Lox位點的多態(tài)性鑒定

利用Lox16和Lox18功能標記對所有參試材料進行檢測TaLox-B1位點進行檢測分析，結果表明，Lox16標記僅在鄭麥9023、豫農211和豫同194等78份小麥品種（系）可擴增出489 bp的片段，屬于TaLox-B1a類型（圖1-A），而Lox18標記只在矮抗58、新麥9987和富麥2008等44份材料中可擴增出帶型為791 bp的片段，屬于TaLox-B1b類型（圖1-B）。

用Lox-B23功能標記對122份小麥品種（系）進行檢測（圖2），發(fā)現(xiàn)豫農211、豫麥18和濮麥9號等70份材料中可擴增出帶型為788 bp的片段，屬于TaLox-B2a類型，而在偃展1號、蘭考矮早8和新麥19等52份材料中擴增出帶型為660 bp的片段，屬于TaLox-B2b類型。TaLox-B3檢測結果表明，矮抗58、豫麥47和泛麥5號等51份材料中擴增出677 bp的帶型，屬于TaLox-B3a類型，而余下的豫麥18、周麥22和鄭麥004等71份材料中的TaLox-B3位點上沒有擴增出任何帶型，屬于TaLox-B3b類型[16]。

圖1 Lox-16（A）和Lox-18（B）標記在部分參試小麥品種TaLox-B1位點上的擴增結果Fig. 1 Amplification of TaLox-B1 alleles by functional markers Lox 16 (A) and Lox 18 (B) in part common wheat cultivars

圖 2 Lox-B23標記在不同小麥品種的擴增情況Fig. 2 Amplification of Lox genes by functional marker Lox-B23 in different common wheat cultivars

2.3 TaLox-B等位變異對Lox活性及面粉色澤的影響

在122份材料中，TaLox-B1、TaLox-B2和TaLox-B3位點上均檢測到2種等位變異，發(fā)現(xiàn)a*值在檢測所有等位變異中均無顯著變化，說明TaLox-B位點上所有等位變異對面粉紅度的影響均不明顯。TaLox-B1和TaLox-B2上的不同等位變異對Lox活性、L*值、b*值以及 Wht值的影響也不盡相同，其中 TaLox-B1a和TaLox-B1b等位變異間只對 Lox活性有顯著影響，TaLox-B2a和TaLox-B2b等位變異間在Lox活性、L*值、b*值以及 Wht值性狀均存在顯著性差異，而在TaLox-B3位點上，b*值、Wht值以及Lox活性在不同等位變異間也存在顯著差異（表 3）。說明 TaLox-B位點上的3個基因的等位變異均會引起籽粒Lox活性的顯著變化，而TaLox-B2和TaLox-B3等位變異也對面粉黃度和白度產生極其重要的影響。

2.4 TaLox-B等位變異組合對Lox活性及面粉色澤的影響

在所檢測的122份小麥品種（系）中，TaLox-B1、TaLox-B2、TaLox-B3等位變異存在6種不同的組合類型，分別為TaLox-B1a/TaLox-B2a/TaLox-B3a、TaLox-B1a/TaLox-B2a/TaLox-B3b、TaLox-B1a/TaLox-B2b/TaLox-B3b、TaLox-B1b/TaLox-B2a/TaLox-B3a、TaLox-B1b/ TaLox-B2a/TaLox-B3b和TaLox-B1b/TaLox-B2b/TaLox-B3b，其品種（系）分別占參試材料的41.8%、15.6%、6.6%、28.7%、5.7%和1.6%（電子版附表1）。進一步分析不同組合類型與Lox活性及面粉色澤的關系表明，不同組合類型間L*值、a*值、b*值、Wht值以及Lox活性的差異顯著。其中，擁有TaLox-B1a/TaLox-B2a/TaLox-B3a基因型組合的小麥品種（系）的 Lox活性和b*值最高，a*值和Wht值最低，而TaLox-B1b/ TaLox-B2b/TaLox- B3b基因型組合的小麥品種（系）的L*值、a*值和Wht值最高，而其Lox活性和b*值最低（表4）。說明TaLox-B位點上不同等位變異組合會引起面粉色澤和Lox活性的顯著變化。同時還發(fā)現(xiàn)，參試的河南小麥品種（系）中，擁有低Lox活性、高白度的品種（系）所占的比例較低。

3 討論

面粉色澤既是品質指標也是營養(yǎng)指標，一直以來中國居民消費以饅頭、面條等面制食品為主，對白度要求較高，但是近年來隨著人們對健康和食品安全重視，已不再過度追求高白度，市場上一些無漂白劑、營養(yǎng)價值高、色澤黃亮的面制食品也逐漸受到人們的青睞[22]。Lox活性過高或過低均對小麥面粉的色澤品質產生重要影響，Lox活性過高會加快氧化面粉中的類胡蘿卜素、維生素等，促使面粉過度漂白而造成一些營養(yǎng)成分喪失[2]；Lox活性過低則會影響面粉或面制品的色澤品質[4,23]。因此，研究Lox對籽粒Lox活性和面粉色澤的影響是非常必要的。同時，除了 Lox活性外，面粉及其面制品色澤也受到小麥籽粒中八氫番茄紅素合成酶（Psy）、多酚氧化酶（Ppo）等其他酶活性、種皮顏色、儲藏條件以及面制品加工工藝等多種因素影響，本文僅就Lox活性及其控制基因進行研究和討論。

表 3 不同TaLox-B等位變異對Lox活性和面粉色澤的影響Table 3 The effect of alleles of different TaLox-B genes on Lox activities and flour colors

表 4 不同TaLox-B等位變異組合及其與Lox活性和面粉色澤差異Table 4 Lox activities and flour colors of different allelic combination on TaLox-B1, TaLox-B2 and TaLox-B3 loci

多數(shù)小麥品質性狀屬于數(shù)量性狀，受基因型、外界環(huán)境、酸堿度、熱敏感性等多種因素影響，且普遍存在基因與環(huán)境互作現(xiàn)象，但基因是影響小麥品質性狀的決定性因素[24]。小麥籽粒Lox活性是一個復雜的數(shù)量性狀，主要受4B染色體上的主效基因控制[25]。LEENHARDT等[26]研究發(fā)現(xiàn)不同染色體倍性的小麥籽粒中Lox活性顯著不同，倍性越高的種屬其Lox活性中含量也越高。吳培培等[18]和王慧等[27]研究認為不同生態(tài)環(huán)境對小麥Lox活性的影響存在較大差異，Lox活性在基因型間和環(huán)境間的差異呈極顯著，且基因型效應 ＞ 環(huán)境效應 ＞ 基因型和環(huán)境互作效應，從而說明小麥Lox活性主要是受遺傳因子控制。從本研究的表型結果來看，河南小麥品種的Lox活性絕大多數(shù)屬于中間類型，且變異范圍較小，擁有極高或極低Lox活性的品種較少。此外，籽粒Lox活性、面粉亮度、紅度、黃度和白度在品種間均差異顯著，這與前人研究結果基本一致[18,28]。因此，品種間具有遺傳穩(wěn)定性的品質性狀顯著差異也為篩選較高或較低的籽粒Lox活性種質資源創(chuàng)造了有利條件。

Lox活性是影響小麥品質性狀的重要因素之一，前人在對小麥籽粒Lox活性進行定位的同時，發(fā)現(xiàn)一些與其緊密連鎖的SSR標記，如Xbcd1262、Xksud2a、Xwmc312和Xgwm251等[29-30]，但這些標記在實際應用中存在較大局限性。隨著基因組學和現(xiàn)代分子生物技術的發(fā)展，小麥籽粒硬度、多酚氧化酶、麥谷蛋白亞基等品質性狀以及小麥抗白粉病、穗發(fā)芽、銹病等抗性方面功能標記的開發(fā)較為迅速，目前已廣泛應用于小麥分子標記輔助育種[31]。本研究選取GENG等[15]開發(fā)的共顯性功能性標記Lox16和Lox18和ZHANG等[16]開發(fā)的Lox-B23功能性分子標記，從基因型的角度來分析小麥品種（系）的籽粒Lox活性和面粉色澤性狀，結果發(fā)現(xiàn)河南小麥品種中，TaLox-B1、TaLox-B2、TaLox-B3位點共有6種等位變異組合類型，不同組合間的性狀呈顯著性差異，以 TaLox-B1a/TaLox-B2a/ TaLox-B3a基因型組合的Lox活性和黃度最高，紅度和白度最低，而 TaLox-B1b/TaLox-B2b/TaLox-B3b基因型的具有最低的Lox活性和黃度，最高的亮度、紅度和白度。同時發(fā)現(xiàn)，在TaLox-B1位點的不同等位變異間，河南小麥品種Lox活性存在顯著性差異，而在其面粉黃度、白度等色澤參數(shù)的差異均不顯著，這與相吉山等[28]研究的新疆小麥品種結果略有不同，可能由于環(huán)境地域間差異而造成的。

本研究選用了TaLox-B位點上的3個Lox，并利用其功能標記進行分子檢測，結合其表型測定進行分析，結果發(fā)現(xiàn)少數(shù)品種基因型與Lox活性表型不一致的情況，推測這可能是在普通小麥形成過程中，Lox經過多次復制，在普通小麥中已經形成了一個多基因家族。

4 結論

河南小麥品種 TaLox-B位點上不同等位變異對Lox活性和面粉色澤的影響存在著明顯差別，其中TaLox-B2對Lox活性、面粉亮度、黃度、白度均有顯著影響，是影響Lox活性和面粉色澤的關鍵基因。參試材料中共有 6種 Lox基因型組合類型，其中TaLox-B1b/TaLox-B2b/TaLox-B3b等位變異組合是低Lox活性和高白度的優(yōu)質基因型，所占比例僅為1.6%，而TaLox-B1a/TaLox-B2a/TaLox-B3a組合是高Lox活性和低白度的劣質基因型，所占比例高達41.8%。

[1] 胡新中, 盧為利, 阮偵區(qū), 羅勤貴, 鄭建梅, 歐陽韶暉, 張國權. 影響小麥面粉白度的品質指標分析. 中國農業(yè)科學, 2007, 40(6): 1142-1149.

HU X Z, LU W L, RUAN Z Q, LUO Q G, ZHENG J M, OUYANG S H, ZHANG G Q. Analysis of the quality indices affecting wheat flour whiteness. Scientia Agricultura Sinica, 2007, 40(6): 1142-1149. (in Chinese)

[2] BORRELLI G M, TROEEOLI A, FONZO N D, FARES C. Durum wheat lipoxygenase activity and other quality parameters that affect pasta color. Cereal Chemistry, 1999, 76(3): 335-340.

[3] LOISEAU J, VU B L, MACHEREL M H, DEUNFF Y L. Seed lipoxygeanses: Occurrence and functions．Seed Science Research, 2001, 11(3): 199-211.

[4] DONG Z Y, FENG B, LIANG H, RONG C W, ZHANG K P, CAO X M, QIN H J, LIU X, WANG T, WANG D W. Grain-specific reduction in lipoxygenase activity improves flour color quality and seed longevity in common wheat. Molecular Breeding, 2015, 35(7): 1-18.

[5] TRUFANOV V A, PERMYAKOVA M D, PSHENICHNIKOVA T A, ERMAKOVA M F, DAVYDOV V A, PERMYAKOV A V, BEREZOVSKAYA E V. The effect of intercultivar substitution of wheat Triticum aestivum L. Chromosomes on lipoxygenase activity and its correlation with the technological properties of flour. Applied Biochemistry and Microbiology, 2007, 43(1): 9l-97.

[6] PERMYAKOVA M D, TRUFANOV V A, PSHENICHNIKOVA T A, ERMAKOVA M F. Role of lipoxygenase in the determination of wheat grain quality. Applied Biochemistry and Microbiology, 2010, 46(1): 87-92.

[7] PORTA H, ROCHA-SOSA M. Plant lipoxygenases. Physiological and molecular features. Plant Physiology, 2002, 130(1): 15-21.

[8] LIAVONCHANKA A, FEUSSNER I. Lipoxygenases: Occurrence, functions and catalysis. Journal of Plant Physiology, 2006, 163(3): 348-357.

[9] VAN MECHELEN J R, SCHUURINK R C, SMITS M, GRANER A, DOUMA A C, SEDEE N J A, SCHMITT N F, VALK B E. Molecular characterization of two lipoxygenases from barley. Plant Molecular Biology, 1999, 39(6): 1283-1298.

[10] CARRERA A, ECHENIQUE V, ZHANG W, HELGUERA M, MANTHEY F, SCHRAGER A, PICCA A, CERVIGNI G, DUBCOVSKY J. A deletion at the Lpx-B1 locus is associated with low lipoxygenase activity and improves pasta color in durum wheat (Triticum turgidum spp. durum). Journal of Cereal Science, 2007, 45(1): 67-77.

[11] VERLOTTA A, SIMONE V D, MASTRANGELO A M, CATTIVELLI L, PAPA R, TRONO D. Insight into durum wheat Lpx-B1: A small gene family coding for the lipoxygenase responsible for carotenoid bleaching in mature grains. BMC Plant Biology, 2010, 10(1): 1.

[12] FENG B, DONG Z Y, XU Z B, AN X L, QIN H J, WU N, WANG D W, WANG T. Molecular analysis of lipoxygenase (LOX) genes in common wheat and phylogenetic investigation of LOX proteins from model and crop plants. Journal of Cereal Science, 2010, 52(3): 387-394.

[13] FENG B, DONG Z Y, XU Z B, WANG D W, WANG T. Molecular characterization of a novel type of lipoxygenase (LOX) gene from common wheat (Triticum aestivum L.). Molecular Breeding, 2012, 30(1): 113-124.

[14] GARBUS I, SORESI D, ROMERO J, ECHENIQUE V. Identification, mapping and evolutionary course of wheat lipoxygenase-1 genes located on the A genome. Journal of Cereal Science, 2013, 58(2): 298-304.

[15] GENG H W, XIA X C, ZHANG L P, QU Y Y, HE Z H. Development of functional markers for a lipoxygenase gene TaLox-B1 on chromosome 4BS in common wheat. Crop Science, 2012, 52(2): 568-576.

[16] ZHANG F Y, CHEN F, WU P P, ZHANG N, CUI D Q. Molecular characterization of lipoxygenase genes on the short arm of chromosome 4B in Chinese bread wheat (Triticum aestivum L.). Theoretical and Applied Genetics, 2015, 128(8): 1467-1479.

[17] 相吉山, 穆培源, 桑偉, 聶迎彬, 徐紅軍, 崔鳳娟, 韓新年, 鄒波.新疆小麥品種資源脂肪氧化酶活性TaLox-B1基因的分布特征研究.麥類作物學報, 2013, 33(24): 279-285.

XIANG J S, MU P Y, SANG W, NIE Y B, XU H J, CUI F J, HAN XN, ZOU B. Distribution characteristics of lipoxygenase gene TaLox-B1 in wheat varieties from Xinjiang. Journal of Triticeae Crops, 2013, 33(24): 279-285. (in Chinese)

[18] 吳培培, 宋雙, 張福彥, 陳鋒, 崔黨群. 黃淮麥區(qū)部分小麥種質脂肪氧化酶活性分析及等位基因檢測. 中國農業(yè)科學, 2015, 48(2): 207-214.

WU P P, SONG S, ZHANG F Y, CHEN F, CUI D Q. The allelic variation of lipoxygenase genes in bread wheat cultivars from the Yellow and Huai wheat areas of China. Scientia Agricultura Sinica, 2015, 48(2): 207-214. (in Chinese)

[19] 陳鋒, 李歡歡, 張福彥, 尚曉麗, 許海霞, 崔黨群. 小麥籽粒硬度基因鑒定及其與吹泡儀和混合儀參數(shù)關系分析. 作物學報, 2012, 38(5): 928-933.

CHEN F, LI H H, ZHANG F Y, SHANG X L, XU H X, CUI D Q. Association of wheat kernel hardness and puroindoline genes with alveographand mixolab parameters. Acta Agronomica Sinica, 2012, 38(5): 928-933. (in Chinese)

[20] 汪帆, 鄭文寅, 黃建華, 王冠球, 崔文禮, 張文明, 姚大年. 20個小麥品種（系）籽粒LOX活性和類胡蘿卜素含量及全麥粉色澤的研究. 麥類作物學報, 2012, 32(1): 68-73.

WANG F, ZHENG W Y, HUANG J H, WANG G Q, CUI W L, ZHANG W M, YAO D N. Lipoxygenase activity, carotenoids content and wholemill colors in grains of twenty wheat varieties. Journal of Triticeae Crops, 2012, 32(1): 68-73. (in Chinese)

[21] CHEN F, ZHANG F Y, XIA X C, DONG Z D, CUI D Q. Distribution of puroindoline alleles in bread wheat cultivars of the Yellow and Huai valley of China and discovery of a novel puroindoline a allele without PINA protein. Molecular Breeding, 2012, 29(2): 371-378.

[22] 張曉, 田紀春. 若干高白度小麥的色澤優(yōu)勢及形成因素分析. 中國農業(yè)科學, 2008, 41(2): 347-353.

ZHANG X, TIAN J C. The color advantage of Chinese wheat with high whiteness and analysis of factors affecting color formation. Scientia Agricultura Sinica, 2008, 41(2): 347-353. (in Chinese)

[23] 鄭文寅，汪帆，司紅起, 張文明, 姚大年. 普通小麥籽粒LOX、PPO活性和類胡蘿卜素含量變異及對全麥粉色澤的影響. 中國農業(yè)科學, 2013, 46(6): 1087-1094.

ZHENG W Y, WANG F, SI H Q, ZHANG W M, YAO D N. Variations of LOX and PPO activities and carotenoid content as well as their influence on whole flour color in common wheat. Scientia Agricultura Sinica, 2013, 46(6): 1087-1094. (in Chinese)

[24] HRISTOV N, MLADENOV N, DJURIC V, KONDIC-SPIKA A, MARJANOVIC-JEROMELA A, SIMIC D. Genotype by environment interactions in wheat quality breeding programs in southeast Europe. Euphytica, 2010, 174(3): 315-324.

[25] 張福彥, 陳鋒, 張建偉, 楊保安, 崔黨群. 小麥籽粒脂肪氧化酶研究進展. 麥類作物學報, 2014, 34(8): 1067-1075.

ZHANG F Y, CHEN F, ZHANG J W, YANG B A, CUI D Q. Research advance of lipoxygenase (LOX) in wheat grains. Journal of Triticeae Crops, 2014, 34(8): 1067-1075. (in Chinese)

[26] LEENHARDT F, LYANA B, ROCKA E, BOUSSARDB A, POTUSB J, CHANLIAUDC E, REMESY C. Genetic variability of carotenoid concentration, and lipoxygenase and peroxidase activities among cultivated wheat species and bread wheat varieties. European Journal of Agronomy, 2006, 25(2): 170-176.

[27] 王慧, 鄭文寅, 樊宏, 汪帆, 王青, 王冠球, 張文明, 姚大年. 不同小麥品種籽粒中LOX活性及基因型和環(huán)境互作分析. 中國糧油學報, 2011, 26(1): 11-14.

WANG H, ZHENG W Y, FAN H, WANG F, WANG Q, WANG G Q, ZHANG W M, YAO D N. Lipoxygenase activity and its genotype and environment interactions for different wheat varieties. Journal of the Chinese Cereals and Oils Association, 2011, 26(1): 11-14. (in Chinese)

[28] 相吉山, 穆培源, 桑偉, 徐紅軍, 聶迎彬, 崔鳳娟, 莊麗, 韓新年,鄒波. 新疆小麥Psy-A1、Ppo-A1、Ppo-D1、TaLox-B1等位變異對面粉色澤的影響. 作物學報, 2015, 41(1): 72-79.

XIANG J S, MU P Y, SANG W, XU H J, NIE Y B, CUI F J, ZHUANG L, HAN X N, ZOU B. Effects of Psy-A1, Ppo-A1, Ppo-D1, and TaLox-B1 alleles on flour color of Xinjiang wheats. Acta Agronomica Sinica, 2015, 41(1): 72-79. (in Chinese)

[29] PSHENIEHNIKOVA T A, OSIPOVA S V, PERMYAKOVA M D, MITROFANOVA T N, TRUFANOV V A, LOHWASSER U, R?DER M, B?RNER A. Mapping of quantitative trait loci (QTL) associated with activity of disulfide reductase and lipoxygenase in grain of bread wheat. Russian Journal of Genetics, 2008, 44(5): 567-574.

[30] GENG H W, ZHANG Y, HE Z H, ZHANG L P, APPELS R, QU Y Y, XIA X C. Molecular markers for tracking variation in lipoxygenase activity in wheat breeding. Molecular Breeding, 2011, 28(1): 117-126.

[31] LIU Y N, HE Z H, APPELS R, XIA X C. Functional markers in wheat: current status and future prospects. Theoretical and Applied Genetics, 2012, 125(1): 1-10.

（責任編輯 李莉）

Effects of TaLox-B Alleles on Lipoxygenase Activity and Flour Color in Wheats

ZHANG FuYan1, CHEN Feng2, CHENG ZhongJie1, YANG BaoAn1, FAN JiaLin1, CHEN XiaoJie1, ZHANG JianWei1, CHEN YunTang1, CUI Long1
(1Isotope Institute Co.,Ltd, Henan Academy of Sciences/Henan Key Laboratory of Nuclear Agricultural Sciences, Zhengzhou 450015;2Agronomy College, Henan Agricultural University/Collaborative Innovation Center of Food Crops in Henan Province, Zhengzhou 450002)

common wheat; lipoxygenase gene; functional marker; flour color; Henan

2016-11-08；接受日期：2016-12-15

河南省基礎與前沿技術研究計劃（162300410169）、河南省科技攻關計劃（172102110069）、河南省小麥產業(yè)技術體系建設專項資金（Z2010-01-04）

聯(lián)系方式：張福彥，E-mail：zhangfuyan704@163.com。通信作者張建偉，E-mail：zjw10308@163.com。通信作者陳鋒，E-mail：chf0088@163.com

Abstract:【Objective】Lipoxygenase (Lox) is closely related to flour color. The objective of this study was to investigate the influence of different allelic variations at TaLox-B loci on Lox activity and flour color in wheat to provide a theoretical basis for improving flour color and related quality traits in breeding programs.【Method】A total of 122 wheat cultivars and advanced lines from Henan province were used to measure the Lox activities and flour color by spectrophotometer and colorimeter. The functional markers Lox16, Lox18 and Lox-B23 were used to identify the polymorphism of the Lox genes on chromosome 4BS in current Henan wheat cultivars and advanced lines.【Result】There were significant differences of Lox activities, L*, a*and b*values as well as Wht data among different cultivars. Genotyping results indicated two alleles TaLox-B1a and TaLox-B1b at TaLox-B1 locus in these wheat varieties, with 63.9% and 39.1%, respectively. At TaLox-B2 locus, two alleles TaLox-B2a and TaLox-B2b were identified by the functional marker Lox-B23, with 57.4% and 42.6%, respectively. It was also found two alleles TaLox-B3a and TaLox-B3b at the TaLox-B3 locus, with 41.8% and 48.2%, respectively. Six allele combinations of Lox genes, i.e., TaLox-B1a/TaLox-B2a/TaLox-B3a, TaLox-B1a/TaLox-B2a/TaLox-B3b, TaLox-B1a/TaLox-B2b/TaLox-B3b, TaLox-B1b/TaLox-B2a/TaLox-B3a, TaLox-B1b/TaLox-B2a/ TaLox-B3b and TaLox-B1b/TaLox-B2b/TaLox-B3b were found with 41.8%, 15.6%, 6.6%, 28.7%, 5.7% and 1.6%, respectively. Analysis of association of Lox alleles at different TaLox-B loci and Lox activities and flour color parameters indicated that the allelic variation at a single locus showed diverse effects on Lox activities and flour color. For a*value, the allelic effect was not significant. For Lox activities, the order of effect was TaLox-B2a ＞ TaLox-B2b (P＜0.05), TaLox-B3a ＞ TaLox-B3b (P＜0.01). The Wht value of TaLox-B2a was significantly lower than that of TaLox-B2b (P＜0.01), and TaLox-B3a showed also a significant lower Wht value than TaLox-B3b (P＜0.05). These results suggest that TaLox-B2 and TaLox-B3 significantly affect Lox activities and flour color. Further analysis found that the genotype TaLox-B1a/TaLox-B2a/TaLox-B3a had the highest Lox activity and b*and the lowest a*and Wht value, and TaLox-B1b/TaLox-B2b/TaLox-B3b had the lowest Lox activity and b*and the highest L*, a*and b*values. 【Conclusion】Among the 6 different combinations of three Lox genes in Henan wheat varieties, the genotype TaLox-B1a/TaLox-B2a/TaLox-B3a possess the highest Lox activity and the lowest Wht value (P＜0.05), and wheat cultivars with TaLox-B1b/TaLox-B2b/TaLox-B3b have the lowest Lox activity and the highest Wht value (P＜0.05). Therefore, the genetic control of Lox activities plays a key role in the improvement of wheat quality.