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小麦在世界粮食和食品工业中占有重要位置,其总面积、总产量均居粮食作物的首位。随着生活水平的提高,人们对小麦品质提出了更高的要求,尤其是加工品质,需要制作优质面包、优质面条、优质馒头、优质饺子、优质饼干等。已有分析结果表明,小麦种子储藏蛋白(主要由谷蛋白和醇溶蛋白组成)对小麦加工品质有重要影响。谷蛋白主要决定面筋弹性,醇溶蛋白主要决定面筋延展性。根据条带在A-PAGE上的迁移率,醇溶蛋白可分为四种类型,即α/β-、γ-、ω-和LMW-醇溶蛋白。虽然醇溶蛋白占小麦储藏蛋白总量的40-50%,但由于其组分的复杂性以及难以分离纯化,其研究远滞后于谷蛋白的研究。因此,进一步研究和利用醇溶蛋白,对培育不同加工用途的优质小麦品种具有重要意义。
“川育”系列小麦品种在四川小麦推广中占有重要位置,具有高产、抗病、适应性广及较好的加工品质和营养品质等特点。本实验对实验室保存的“川育”系列材料进行了SDS沉降值测定,选择沉降值存在较大差异的小麦品种(系)21份,其中包括四川农科院作物所的低筋小麦川麦32和四川农大的低筋小麦79-2812以及中国春,对小麦籽粒中的醇溶蛋白组份进行酸性聚丙烯酰胺凝胶电泳分析,同时进行基因分离与克隆,主要结果如下:
1.Glu-1三个位点上HMW-GS类型对小麦籽粒SDS沉降值水平有极大影响。对“川育”品种(系)进行变性聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)分析发现,SDS沉降值水平低的籽粒中Glu-A1位点N(null)亚基频率最高,为57.1%,Glu-BI位点上亚基20出现频率最高为85.7%,Glu-D1位点亚基类型2+12出现频率(100%)占绝对优势;沉降值水平高的小麦籽粒其三个位点上分别以亚基1(85.7%),7+8(57.1%),5+10(100%)出现频率最高,因此三个位点上亚基对SDS沉降值的正向作用可表示为1>N,7+8>7+9>20,5+10>2+12,方差分析结果表明,Glu-D1位点对SDS沉降值水平有显著影响。
2.对21份不同SDS沉降值水平的小麦籽粒中的醇溶蛋白组份进行酸性聚丙烯酰胺凝胶电泳分析发现,γ-醇溶蛋白区域存在较大变异。根据样品在泳道中的迁移率及条带颜色的深浅,表明低沉降值的小麦籽粒中,分子量较低的γ-醇溶蛋白含量较多,而沉降值水平较高的小麦籽粒中,以高分子量的γ-醇溶蛋白为主。推测γ-醇溶蛋白的类型对SDS沉降值水平有重要影响。
3.首次从普通小麦中克隆了一类新型的γ-醇溶蛋白编码基因,根据核酸序列,推测该基因编码的蛋白具有典型γ-醇溶蛋白的一级结构特点,也有不同于典型γ-醇溶蛋白的显著特征。与典型γ-醇溶蛋白相比,新克隆得到的γ-醇溶蛋白缺失了大片段的Ⅳ谷氨酰胺富集区。聚类分析结果表明新型γ-醇溶蛋白基因与小麦B基因组可能的祖先供体(山羊草S基因组)中克隆的γ-醇溶蛋白基因关系最近。(已申请专利,专利号:201210090872.)
4.根据克隆得到的新型γ-醇溶蛋白的核酸序列,设计能扩增γ-醇溶蛋白谷氨酰胺富集区在内的编码框内引物,用于标记小麦SDS沉降值水平。通过对SDS沉降值水平有显著差异的小麦品种(系)材料的扩增条带,进行长度多态性分析,推测γ-醇溶蛋白谷氨酰胺富区可能影响小麦籽粒SDS沉降值水平。经验证,设计的这一对引物的扩增片段,可以快速鉴定供试材料SDS沉降值高低。该标记可作为低沉降值的特征标记,用于评价种质资源,加快小麦专用品质育种的进程,为品种培育与改良提供了新的技术切入点。