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高分子量麦谷蛋白亚基是决定小麦面团粘弹性的重要因子,关于高分子量麦谷蛋白亚基结构和各个亚基对小麦籽粒终用途的贡献已经开展了广泛的研究。然而高分子量麦谷蛋白亚基缺失突变体创制和鉴定的工作却很少见到报道。本研究以优质小麦品种小偃54为实验材料,通过化学诱变剂N-甲基亚硝基脲(MNU)处理小麦受精卵细胞,试图筛选高分子量麦谷蛋白亚基缺失或迁移率发生改变的植株。诱变处理后获得1080个M1植株,每份材料随机取样30粒进行SDS-PAGE分析。在检测的30,540粒种子中,发现1Ax1、1Bx14、1Dy12和1Dx2+1Dy12四种类型的高分子量麦谷蛋白亚基缺失突变体,其中可以遗传的突变类型为1Ax1和1Bx14亚基缺失突变。本研究主要对高分子量麦谷蛋白亚基1Bx14缺失突变体进行了遗传学和突变机理分析。
高分子量麦谷蛋白亚基1Bx14缺失突变是一个单基因控制的隐性突变。以1Bx14缺失体为父本,野生型小偃54为母本,连续两次回交后从中筛选到一个1Bx14缺失突变纯合株,本研究将其定名为mb14突变体。SDS-PAGE和Westernblot结果表明,mb14突变体中高分子量麦谷蛋白亚基1Bx14表达被特异性的阻断,其它四个亚基(1Ax1,1By15,1Dx2和1Dy12)的表达同野生型比较没有明显差异。
为了研究Glu-1Bx14基因沉默的机理,从mb14突变体中对Glu-1Bx14基因的5侧翼序列和基因编码区分别进行了扩增。同野生型序列相比较,突变Glu-1Bx14基因5侧翼序列并未发现碱基差异,而且瞬时表达结果证实该侧翼序列可以启动GUS基因在小麦未成熟胚乳中表达,从而排除了由于基因5侧翼序列发生改变导致基因沉默的可能性。突变体Glu-1Bx14基因编码区序列同野生型之间存在三个位点的差异:G759A,C1402T和C1558T,其中1402bp处由于C转化为T,在基因的中间重复区引入一个终止密码子。这与前人的结果相类似,沉默的HMW-GS基因编码区经常出现一个或多个终止密码子的情形。由35s启动子启动,将突变的Glu-1Bx14ORF同uidA基因编码区相连形成融合蛋白,基因枪瞬时转化洋葱表皮组织,未发现GUS活性,而对照野生型Glu-1Bx14ORF与uidA形成的融合蛋白正常表达,这暗示着突变体基因编码区序列的改变,即产生的终止密码子导致mb14突变体1Bx14基因沉默。RT-PCR分析结果显示,在mb14突变体的未成熟种子中可以检测到Glu-1Bx14基因的正常转录。理论推测,突变的Glu-1Bx14基因可能形成一段截短的多肽链,分子量大小约为48.2kD,但SDS-PAGE和Westernblot的结果都证实,在mb14突变体中没有检测到截短多肽链的存在。
根据现有资料,mb14突变体是第一个从分子水平上得以鉴定且为单个亚基缺失的高分子量麦谷蛋白突变体。阐明小麦高分子量麦谷蛋白组成与小麦加工品质相关性的一个重要方法便是近等位基因系的研究。在多次连续回交和选择的基础上,形成的mb14近等位基因系材料可以用来研究高分子量麦谷蛋白亚基1Bx14、不同的麦谷蛋白/醇溶蛋白的比例对小麦面包加工品质的影响。通过光密度测量和RP-HPLC两种手段,分析mb14突变体由于1Bx14亚基的缺失,其余4个高分子量麦谷蛋白亚基组成含量的变化。mb14突变体田间农艺性状和品质相关特性的实验还需更多的后续实验数据来证明。