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普通小麦的进化瓶颈,导致其遗传基础狭窄。特别是其D染色体组,表现得尤为突出。普通小麦D染色体组的二倍体供体物种节节麦,地域分布广泛,存在着普通小麦缺乏的大量有益变异。D组的高分子量麦谷蛋白(HMW-GS)是普通小麦烘烤品质的主要贡献者。节节麦D组HMW-GS变异类型丰富,其中很多为现有普通小麦中未发现的新亚基、新组合。因此,对节节麦HMW-GS新基因的鉴定和利用,将有助于普通小麦的品质改良。本研究对节节麦HMW-GS新变异类型进行了分子鉴定；探讨了D组HMW-GS基因的系统进化；将节节麦HMW-GS新基因通过人工合成小麦途径导入了普通小麦,选育出了综合农艺性状优良的普通小麦新品系；同时,对遗传背景相似且含不同HMW-GS亚基的优良姊妹系,进行了面粉品质比较分析。具体研究结果如下：1.从一份来自伊朗的节节麦材料(Aegilops tauschii Coss. subspecies tauschii,染色体组为DD,2n=2x=14) AS60中发现并克隆了一对新型HMW-GS基因：1Dx3.1t和1Dyll*t。其编码区全长分别为2514bp和1968bp,预测它们将编码大小分别为836和654个氨基酸残基的蛋白质亚基。基于24个已知1Dx基因保守区序列进行的网状支系分析(Median-joining network)显示,来自AS60的1Dx3.1t与其它五个仅分布在亚洲普通小麦中的稀有1Dx基因(1Dx1.5*,1Dx2.2*,1Dx5’,1Dx2.6和1Dx2.8)在Glu-D1位点上的进化地位极其原始。鉴于在这六个原始序列中,仅本研究的1Dx3.1‘来自于节节麦,我们认为,历史上应该有一份含有1Dx3.1‘或类似基因的节节麦参与了普通小麦的起源。由于节节麦材料AS60属于Aegilops tauschii Coss. subspecies tauschii亚种。所以,我们认为,Aegilops tauschii Coss. subspecies tauschii亚种也可能参与了普通小麦起源。2.从一份采自土耳其Kars地区的美国农业部农业研究服务中心(USDA-ARS)编号为P1554324的节节麦材料(Aegilops tauschii Coss. subspecies tauschii,染色体组为DD,2n=2x=14)中发现并克隆了一对新型HMW-GS基因：1Dx5.3t+1Dy12.1**t1Dx5.3t和1Dy12.1**t的编码区长度分别为2115bp和1986bp,预测分别编码长度为703和660个氨基酸残基的蛋白质亚基。SDS-PAGE分析显示,1Dx5.3‘的电泳迁移率位于1Bx6和1Bx7之间,1Dyl2.1**t的电泳迁移率则略大于1Dyl2。1Dx5.3t是目前已知的序列中,长度最短的Dx型亚基。1Dy12.1**t也比较特殊,在其重复区的前端存在着一个额外的半胱氨酸残基。这与被公认为优质亚基的1Dx5类似,但从未在其他已知的Dy型亚基中出现过。因此,1Dy12.1**t亚基可能会像1Dx5亚基一样,对面粉品质产生积极的影响。另外,系统进化分析显示,1Dy12.1**t还在Glu-Dy位点的系统进化网络中扮演着一个关键节点的作用。3.通过对采自新疆及黄河流域不同地域的节节麦HMW-GS基因的克隆、测序和比对分析,找出了它们序列间的差异。基于这些序列间的差异,进行系统进化分析,探讨了我国节节麦的来源及传播关系。推测,在历史上至少有两个不同的节节麦居群传入了新疆(AS71和AS72或其相似类群)和黄河中游地区。可能的传播路线是：分布在中东地区的AS60或其相似类群的节节麦,经自然延伸或人类活动向东传播至新疆伊犁河谷地区,逐步进化形成AS71或其相似类群的节节麦,这部分节节麦经丝绸之路的人类活动继续向东传播至黄河流域,逐步进化形成今天的AS75及其相似类群的节节麦。另外,存在一份同样分布在中东地区但不同于AS60的节节麦经自然延伸或人类活动向东传播至新疆伊犁河谷地区,逐步进化形成AS72或其相似类群的节节麦,这部分节节麦经丝绸之路的人类活动自新疆传入黄河流域后,在不同的生境下,经过进一步适应演化,又分化出不同类群,形成了现在分布于黄河中游地区(陕西、河南和山东等地)的与新疆节节麦AS72亲缘关系较近的节节麦类群。4.利用属于4个不同亚种(圆锥小麦、野生二粒小麦、硬粒小麦、栽培二粒小麦)的9份四倍体小麦与节节麦AS60杂交,配制了9个杂交组合,获得了9份含AS60血缘的人工合成小麦。我们通过观察其田间植株形态,同时分析其种子中HMW-GS亚基组成,确认所获材料均明显含有AS60的血缘。农艺性状调查发现,它们与其它人工合成小麦相似,均存在诸多不良农艺性状,仅能作为导入外源遗传物质的中间材料,需经与普通小麦优良品系回交改良后方可利用。5.利用含AS60血缘的人工合成小麦Syn-SAU-1(AS2255×AS60)与优良小麦品种川麦32杂交,再经农艺性状优良的川育18和川麦42的两次回交,并自交3代后,运用系谱选育法选出了两个单株。第二年又分别在这两个植株的自交系中各选出了两个单株。最终由此四个单株形成了四个姊妹品系：23号、24号、25号和26号。这四个品系的综合农艺性状优良。四个品系材料的A、B组HMW-GS完全一致(分别同为lAxl和1Bx6+lBy8)。23号和24号材料的D组HMW-GS亚基组合同为1Dx3.1t+1Dy11*t,而25号和26号材料则均为1Dx5+1Dy10。6.将在一地(温江)两季(2009-2010年度和2010-2011年度)、一季(2010-2011年度)三地(都江堰、温江和西宁)种植试验中收获的四个姊妹品系(23号、24号、25号和26号)的种子,用于测试与小麦面粉品质相关的11项指标,以探讨节节麦AS60中发现的新型HMW-GS亚基组合1Dx3.1t+1Dy11*t对小麦面粉加工品质的影响。结果表明,1Dx3.1t+1Dy11*t亚基对小麦面粉烘烤品质的贡献稍逊于国际公认的优质亚基1Dx5+1Dy10亚基。另外这四个品系的蛋白质含量、SDS沉降值均较低,这可能是其所含的四倍体蓝麦(AS2255)血统所致,并可能有利于制作饼干和蛋糕。