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醇溶蛋白是小麦籽粒贮藏蛋白的主要成份之一,在面粉加工过程中与麦谷蛋白相互作用形成具有弹性和韧性的面筋,是影响小麦加工品质的重要因素之一。其中麦谷蛋白决定面筋和面团的强度和弹性,而醇溶蛋白增加面团的粘性和面筋的延展性。目前醇溶蛋白的组成、位点和组分三者与品质的关系、醇溶蛋白和麦谷蛋白的比例对品质的影响等方面还缺乏系统的研究,还没有适合于品质分析的一套完整的醇溶蛋白突变体资源。因此本研究旨在获得醇溶蛋白突变体,并对其进行染色体定位和缺失片段大小的分析,并利用蛋白质组学手段分离和鉴定突变体缺失的醇溶蛋白种类,为将来深入研究醇溶蛋白在小麦面粉加工和营养品质中的作用提供重要遗传资源。
本研究首先利用基质辅助激光解析电离飞行时间质谱(MALDI-TOF-MS)筛选普通小麦品种小偃81离子束诱变群体M2和M3突变家系,获得了目标品种包括Gli-A1、Gli-B1、Gli-D1、Gli-A2、Gli-B2和Gli-D2的整套醇溶蛋白染色体座位缺失突变体,并建立了普通小麦醇溶蛋白染色体座位缺失突变体的快速高效的筛选方法。
结合模式品种中国春及其第1和第6部分同源群的缺体-四体系,利用MALDI-TOF-MS、酸性聚丙烯酰胺凝胶电泳(A-PAGE)和染色体特异性SSR分子标记,从蛋白质和基因组DNA两个水平上对醇溶蛋白突变体进行了分析,确定突变体M1A、M1B、M1D、M6A、M6B和M6D分别缺失了Gli-A1、Gli-B1、Gli-D1、Gli-A2、Gli-B2和Gli-D2六个醇溶蛋白染色体座位。利用染色体特异性SSR分子标记分析发现,突变体为染色体片段缺失突变体,缺失片段大小从2 cM到65.1 cM不等,并初步确定了部分突变体的缺失边界。
利用双向电泳技术对小偃81及其突变体进行了蛋白质组学分析,获得了较高质量的双向电泳图谱,明确了各个突变体缺失的醇溶蛋白点的数目,并进一步鉴定了缺失蛋白点的类型。突变体M1A缺失了12个γ-醇溶蛋白点和1个ω1,2-醇溶蛋白点。M1B突变体缺失了16个γ-醇溶蛋白点和1个ω5-醇溶蛋白点。M1D缺失了2个α/β-醇溶蛋白点,11个γ-醇溶蛋白点和6个ω-醇溶蛋白点。M6A和M6B分别缺失14和13个α/β-醇溶蛋白点,M6D突变体缺失1个γ-醇溶蛋白点和8个α/β-醇溶蛋白点。由于突变体缺失的醇溶蛋白点与野生型小偃81的醇溶蛋白点完全对应,因此小偃81约表达了37个α/β-醇溶蛋白、40个γ-醇溶蛋白和8个ω-醇溶蛋白。另外M1A、M1B和M1D分别缺失了2个、6个和5个低分子量麦谷蛋白(LMW-GS)点。
利用商业化检测醇溶蛋白的R5抗体对小偃81醇溶蛋白进行免疫印迹分析。结果表明,小偃81醇溶蛋白2-DE凝胶上的85个醇溶蛋白点中共有69个与R5抗体结合呈阳性反应,其中γ-醇溶蛋白点与R5抗体结合数目最多,40个γ-醇溶蛋白点中有37个呈现阳性结果,α/β-醇溶蛋白次之,37个α/β-醇溶蛋白点中有24个呈现阳性结果,8个ω-醇溶蛋白点全部呈阳性反应。其中M6D缺失的α/β-醇溶蛋白与R5抗体结合能力相对较强,8个α/β-醇溶蛋白点只有1个丰度较低的没有信号。M6A的次之,M6B的最弱,二者缺失的14和13个α/β-醇溶蛋白点中分别有10个和7个呈现阳性反应结果,其中M6B的3个阳性蛋白点信号较弱。由于部分LMW-GS中也含有部分抗原序列,因此13个LMW-GS蛋白点中有3个点有微弱的阳性反应信号。
总之,本研究获得了一套完整的醇溶蛋白染色体座位缺失突变体,分析了其染色体缺失片段大小和缺失边界,并利用蛋白质组学手段分离和鉴定了突变体缺失位点的蛋白产物。这将有助于未来在基因组水平精细分析醇溶蛋白的染色体座位和其中的基因组成、醇溶蛋白基因位点或基因簇与小麦加工品质之间功能关系的深入分析,为小麦品质改良和分子设计育种提供有益参考。