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麦谷蛋白主要由高分子量谷蛋白亚基(HMW-GS)和低分子量谷蛋白亚基(LMW-GS)组成。LMW-GS是麦谷蛋白的主要组成部分,对面团延展性和食品加工品质有重要影响。由于西藏地区的气候和海拔差异,西藏小麦种质资源的遗传多样性较为丰富,可作为小麦品质改良的基因库资源,但目前对西藏小麦LMW-GS基因研究较少。因此,本研究以加查扎仁、帮达冬麦-3、加查矮杆、毛颖秃麦、日喀则红麦、安饶白粒麦、藏木春、帮达冬麦-2和白卓麦等西藏小麦地方品种为材料,选取LMW-GS基因特异引物进行PCR扩增、分子克隆、序列测定与分析,构建进化树分析LMW-GS基因家族的分子进化关系,利用十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)和基质辅助激光解析电离飞行时间质谱(MALDI-TOF-MS)对克隆到的LMW-GS基因的相应蛋白进行分离鉴定。
共获得9个LMW-GS基因(LMW-1、LMW-2、LMW-3、LMW-4、LMW-5、LMW-6、LMW-7、LMW-8和LMW-9),其在Genbank注册的登录号分别是JQ320288、JQ320289、JQ320290、JQ320291、JQ320292、JQ796685、JQ796686、JQ796687和JQ796689。这9个LMW-GS基因都具有LMW-GS基因的典型结构特征,编码区全长分别是912bp、897bp、915bp、927bp、906bp、930bp、930bp、897bp和915bp,分别编码302、297、303、307、300、308、308、297和303个氨基酸,其推断氨基酸的分子量分别为32013.97Da、31622.89Da、32107.07Da、32939.41Da、31731.64Da、32938.40Da、32978.42Da、31624.88Da和32122.20Da。这9个基因与前人已经发表的LMW-GS基因的相似性很高,但存在许多的单核苷酸多态性、插入/缺失。典型的LMW-GS基因推断的氨基酸中含有8个半胱氨酸残基,但是LMW-1、LMW-3和LMW-4含有7个半胱氨酸残基,LMW-2含有9个半胱氨酸残基。半胱氨酸残基的数目和位置影响分子间和分子内二硫键的形成,因此LMW-1、LMW-2、LMW-3和LMW-4可能对小麦的加工品质具有重要影响,可作为小麦品质改良的优质候选基因。其他5个基因含有8个半胱氨酸残基,根据8个半胱氨酸残基的位置,LMW-5、LMW-6和LMW-7属于TypeⅢ类;LMW-8和LMW-9属于TypeⅤ类。系统进化树分析表明LMW-GS基因很明显的聚成三类:LMW-m、LMW-s和LMW-i类,与根据N-末端的第一个氨基酸来分类的结果一致。这9个基因和LMW-m聚为一类,这与根据LMW-GS的N-末端第一个氨基酸为甲硫氨酸而属于LMW-m结果一致。利用SDS-PAGE和MALDI-TOF-MS,分离鉴定出了LMW-1、LMW-2、LMW-3、LMW-4和LMW-5五个基因相应的LMW-GS。LMW-GS与HMW-GS一样在SDS-PAGE中得到有效的分离,可在SDS-PAGE图中找出这5个基因相应的LMW-GS。MALDI-TOF-MS检测得到的分子量的范围为32393.36~32687.13Da,这与推断氨基酸预测的分子量的范围一致,但与预测相差范围在252.28~825.55Da之间,可能是由于LMW-GS存在翻译后修饰。
总之,本研究不仅丰富了小麦LMW-GS基因库资源,而且为小麦品质改良提供了优质候选基因。