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小麦是世界上重要的粮食作物,小麦面粉颜色对其磨粉品质具有重要影响。小麦籽粒中过氧化物酶(Peroxidase, POD)对面粉及其制品同时具有褐变和漂白的作用,有研究表明,POD活性越高,小麦面粉颜色越白,因此,研究POD基因的特点已成为推进小麦面粉品质改良的重要内容。本研究利用同源克隆的方法以中国春gDNA为模板进行PCR扩增,克隆位于小麦7AL染色体的POD基因TaPod-A3,并利用4对POD活性极高和极低材料发现了三个等位变异类型,通过分析不同等位变异之间序列及其编码蛋白的功能的差异开发功能标记,并选取基因型与表型值一致的高、低POD活性品种(系)各2个,研究POD活性基因在小麦不同生育时期的表达情况及不同等位变异间的表达差异,主要结果如下:
1.TaPod-A3基因由1163个碱基对组成,得到三个等位变异TaPod-A3a、TaPod-A3b和TaPod-A3c分别包含一个大小为846bp、867bp和708bp的开放阅读框(open reading frame,ORF),分别编码281、288和235个氨基酸,等位变异之间相似度为(88.09%),共有9处插入缺失。TaPod-A3a、TaPod-A3b与TaPod-A3c基因编码的氨基酸残基有77.31%的相似性。
2.基于TaPod-A3基因等位变异序列的差异开发了3对功能标记7A1、7A2和7A3,分别能扩增出TaPod-A3a(216 bp)、TaPod-A3b(1012 bp)和TaPod-A3c(859 bp)。利用新疆小麦品种(系)POD活性测定结合分子标记检测,对所开发功能标记TaPod-A1和TaPod-D1进行有效性验证,结果表明,新疆推广种植的小麦品种(系)POD活性总体要高于全国三个主产麦区(北部冬麦区、黄淮麦区和长江流域与西南麦区)推广的品种(系),以TaPod-A1a(低POD活性)和TaPod-D1a(低POD活性)等位变异类型为主;TaPod-A1和TaPod-D1的功能标记均能较好的区分小麦籽粒POD活性的高低,将两个位点特异性标记结合起来使用,能更加有效地筛选出高POD活性的材料,提高新疆小麦品种(系)优异等位变异的频率,进而促进新疆小麦品质的遗传改良。
3.利用全国三个主产麦区(长江流域与西南麦区、北部冬麦区和黄淮麦区)及新疆推广的小麦品种(系)中筛选出POD活性极高和极低材料对TaPod-A1和TaPod-D1做表达分析,结果表明,除TaPod-D1b外,TaPod-A1a、TaPod-A1b和TaPod-D1a在小麦籽粒发育过程中,均呈现先增加后减少的趋势,在TaPod-A1位点,具有TaPod-A1b的表达量(36.29)极显著(P<0.01)高于具有TaPod-A1a(1.15),TaPod-A1b为优异等位变异;在TaPod-D1位点,具有TaPod-D1b的表达量(33.92)高于具有TaPod-D1a(22.47),TaPod-D1b为优异等位变异,TaPod-A1和TaPod-D1b等位变异表达量的相关性分析发现,TaPod-A1b等位变异类型的表达量与TaPod-D1b等位变异的表达量呈极显著相关(p<0.01),TaPod-A1b和TaPod-D1b均具有调控作用,为进一步探究TaPod-A1和TaPod-D1在小麦中的功能提供理论依据。
1.TaPod-A3基因由1163个碱基对组成,得到三个等位变异TaPod-A3a、TaPod-A3b和TaPod-A3c分别包含一个大小为846bp、867bp和708bp的开放阅读框(open reading frame,ORF),分别编码281、288和235个氨基酸,等位变异之间相似度为(88.09%),共有9处插入缺失。TaPod-A3a、TaPod-A3b与TaPod-A3c基因编码的氨基酸残基有77.31%的相似性。
2.基于TaPod-A3基因等位变异序列的差异开发了3对功能标记7A1、7A2和7A3,分别能扩增出TaPod-A3a(216 bp)、TaPod-A3b(1012 bp)和TaPod-A3c(859 bp)。利用新疆小麦品种(系)POD活性测定结合分子标记检测,对所开发功能标记TaPod-A1和TaPod-D1进行有效性验证,结果表明,新疆推广种植的小麦品种(系)POD活性总体要高于全国三个主产麦区(北部冬麦区、黄淮麦区和长江流域与西南麦区)推广的品种(系),以TaPod-A1a(低POD活性)和TaPod-D1a(低POD活性)等位变异类型为主;TaPod-A1和TaPod-D1的功能标记均能较好的区分小麦籽粒POD活性的高低,将两个位点特异性标记结合起来使用,能更加有效地筛选出高POD活性的材料,提高新疆小麦品种(系)优异等位变异的频率,进而促进新疆小麦品质的遗传改良。
3.利用全国三个主产麦区(长江流域与西南麦区、北部冬麦区和黄淮麦区)及新疆推广的小麦品种(系)中筛选出POD活性极高和极低材料对TaPod-A1和TaPod-D1做表达分析,结果表明,除TaPod-D1b外,TaPod-A1a、TaPod-A1b和TaPod-D1a在小麦籽粒发育过程中,均呈现先增加后减少的趋势,在TaPod-A1位点,具有TaPod-A1b的表达量(36.29)极显著(P<0.01)高于具有TaPod-A1a(1.15),TaPod-A1b为优异等位变异;在TaPod-D1位点,具有TaPod-D1b的表达量(33.92)高于具有TaPod-D1a(22.47),TaPod-D1b为优异等位变异,TaPod-A1和TaPod-D1b等位变异表达量的相关性分析发现,TaPod-A1b等位变异类型的表达量与TaPod-D1b等位变异的表达量呈极显著相关(p<0.01),TaPod-A1b和TaPod-D1b均具有调控作用,为进一步探究TaPod-A1和TaPod-D1在小麦中的功能提供理论依据。