野生二粒小麦与普通小麦杂种高世代ω-醇溶蛋白基因的分子鉴定

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决定小麦面粉加工品质的主要因素是小麦籽粒中谷蛋白和醇溶蛋白的种类和数量及其比例。这两者既是小麦籽粒储藏蛋白中的主要成分,也是小麦面筋组成的两大成分,通过影响小麦面粉的加工品质,从而影响着面筋的质量。其中醇溶蛋白作为小麦籽粒贮藏蛋白中最主要的组分之一,占总贮藏蛋白的50%~60%,决定了面筋的延展性、黏性和可塑性,另外也是引起乳糜泻(celiac disease,CD)疾病发生的主要原因。因此,通过利用、筛选优良的醇溶蛋白基因来改良普通小麦的加工品质以及降低乳糜泻的发病率,对小麦遗传育种具有重要意义。野生二粒小麦籽粒蛋白含量高且具有丰富的贮藏蛋白等位变异,作为栽培四倍体硬粒小麦和六倍体普通小麦的祖先种,是进行普通小麦遗传改良的适宜供体。本课题组之前已对野生二粒小麦HMW-GS和LMW-GS进行了评价和利用研究,并对野生二粒小麦及其与普通小麦杂种后代的α/γ-醇溶蛋白基因进行了分子鉴定,因此本研究通过对野生二粒小麦D97、普通小麦川农16(CN16)及其二者杂种高世代(F11,2n=6x=42)的四份姊妹系材料BAd7-209、BAd7-210、BAd7-212、BAd7-213,进行A基因组的ω-醇溶蛋白基因的分子克隆,利用Gen Bank中已发表的基因与克隆基因进行序列比对分析,并构建系统进化树,揭示利用野生二粒小麦对普通小麦进行改良的潜在价值,进而为野生二粒小麦在对普通小麦品质进行改良和对CD症进行预防等方面中的利用提供依据与指导。主要取得以下结果:(1)一共克隆了139个ω-醇溶蛋白基因序列,编码的氨基酸序列都具有ω-醇溶蛋白的典型结构。其中,86个基因序列具有完整编码框,53个序列由于突变导致基因沉默,推测为假基因,突变的发生主要集中在重复区。(2)通常,ω-醇溶蛋白为贫硫醇溶蛋白,序列一般都相对保守,不含半胱氨酸残基。在本研究中共得到12条含有半胱氨酸的ω-醇溶蛋白基因序列。根据奇数个半胱氨酸有助于参与分子间二硫键的形成,认为这些ω-醇溶蛋白基因对面筋品质具有正向效应的潜能。(3)对53个假基因序列进行分析,发现其中有23个假基因序列的提前终止密码子出现在CD肽段内,有效抑制乳糜泻诱发因子的表达。其中D97有19条,分为三种类型;在其后代BAd7-212与BAd7-213中亦发现了与D97中提前终止密码子出现位置一致的序列。表明在野生二粒小麦D97中存在一定的变异类型,并且能通过远缘杂交有效地将其优质基因导入到普通小麦中。(4)从克隆得到的基因序列中对诱发乳糜泻(CD)发生的肽段进行统计分析,发现野生二粒小麦D97相较于普通小麦CN16和二者杂种高世代的四份姊妹系材料含有更少的乳糜泻诱导因子。因此有望通过利用野生二粒小麦来改良普通小麦的ω-醇溶蛋白,培育低CD毒性肽的普通小麦品种。
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