低分子量谷蛋白亚基Glu-A3和Glu-B3位点对小麦面筋强度和烘焙特性影响

低分子量谷蛋白亚基是小麦谷蛋白亚基的重要组成部分,黄淮麦区小麦低分子量谷蛋白亚基组成对品质的效应尚缺乏系统的研究。本研究采用SDS-PAGE方法,鉴定了黄淮麦区42个小麦品种的Glu-A3位点和Glu-B3位点低分子量谷蛋白亚基组成,分析了低分子量谷蛋白亚基对小麦面筋强度和烘烤品质的影响。结果表明,在Glu-A3位点,对面筋强度和面包烘焙品质正向效应为:d,b>a,e;在Glu-B3位点,对面筋强度正效应为:h,d>f>g,b,j,对面包烘焙品质正向效应为:h>f,d>g,b,j。Glu-A3d/Glu-B3h亚基组合具有较好的面筋强度和烘焙品质。就低分子量谷蛋白亚基单个变异位点对品质综合效应而言,Glu-B3位点对品质作用比较大,与Glu-B1位点相近,同时,高低分子量谷蛋白亚基之间存在着互作效应,以Glu-B1/Glu-A3和Glu-D1/Glu-B3位点的互作效应比较显著。Glu-A3和Glu-B3位点及其所编码的不同亚基种类对品质的效应差异显著,并且与高分子量谷蛋白亚基位点存在互作,对不同位点优质亚基的聚合将有助于小麦品质的遗传改良。

小麦高、低分子量麦谷蛋白亚基对品质性状的影响

为给小麦品质改良提供理论依据,以6个国家的532个品种(系)为材料,分析了小麦高、低分子量麦谷蛋白亚基与品质性状的关系。结果表明,各位点上不同的等位变异对品质性状的效应存在显著差异,亚基1、2*、17+18、5+10、GluA3f、GluB3b和GluB3g对面团形成时间和稳定时间具有显著的正向效应;亚基N、1、14+15、17+18、7+8、2+12、3+12、4+12、GluB3d、GluB3f、GluB3h和GluB3g对蛋白质和湿面筋含量具有显著正向效应;从亚基对品质性状的综合影响来看,1、17+18、GluA3f、GluB3g和GluB3f可作为优势亚基。具有1、17+18、2+12和1、17+18、5+10高分子量麦谷蛋白亚基组合的品种(系)综合品质性状显著优于含有N、14+15、2+12亚基组合的品种(系);具有低分子量麦谷蛋白亚基组合GluA3c、GluB3g,GluA3d、GluB3g和GluA3f、GluB3b品种(系)的综合品质性状显著优于含有GluA3b、GluB3j亚基组合的品种(系)。

一种小麦高、低分子量麦谷蛋白亚基的提取方法

用7.5%的异丙醇和0.3mol/L的NaI去除醇溶蛋白和其他单体蛋白,以二硫苏糖醇(DTT)为强还原剂,以4-乙烯基吡啶(VP)保护巯基,防止其重新氧化。在25%的异丙醇和0.04mol/L的Tris-HCl(pH=8.0)缓冲液中提取小麦总麦谷蛋白亚基、在4%浓缩胶和13%分离胶的不连续分离体系中进行SDS-PAGE电泳,结果表明,该方法不仅能有效去除醇溶蛋白和其他蛋白对麦谷蛋白亚基电泳的影响,且高分子量麦谷蛋白亚基(HMW-GS)和低分子量麦谷蛋白亚基(LMW-GS)的提取分离一步完成,更重要的是,利用该方法提取出的HMW-GS和LMW-GS在电泳分析中,具有高的分辨率,可以有效区分各电泳谱带,为进一步研究奠定了基础。

小麦新品种“川农16”低分子量谷蛋白亚基新基因的分子克隆

采用PCR方法从小麦 (TriticumaestivumL .)新品种“川农 16”中克隆得到一个低分子量谷蛋白亚基 (LMW GS)新基因LMWCN16 2 (GenBankNo .AY2 96 75 3)。该基因具有LMW GS基因的典型结构特征 ,编码区全长 90 6bp ,编码 30 1个氨基酸。推导氨基酸序列比较显示 ,LMWCN16 2与已报道的LMW GS基因 ,尤其是Glu A3位点编码的基因序列有很高的一致性。

小麦品种陕253低分子量谷蛋白亚基基因的克隆及原核表达

利用LMW-GS特异引物,从强筋小麦品种陕253中克隆了1个1498bp的片段(GenBank登录号为FJ172533),该片段包含全长为912bp的低分子量谷蛋白亚基的完整编码序列。经比较推导氨基酸序列的同源性,发现该基因属于Glu-D3位点编码低分子量谷蛋白亚基的基因,编码产物N-端具有LMW-m型低分子量谷蛋白亚基的典型特征,系统演化分析也支持这一结果。构建了该基因的表达载体pET32a-GluD3-S253,在宿主菌E.coli Rosetta-gami B(DE3)中经IPTG诱导表达融合蛋白。SDS-PAGE和Western blot检测表达产物,证实融合蛋白表达成功。

小麦低分子量谷蛋白亚基品质效应的研究

为了在小麦品质遗传改良中更好地利用低分子量麦谷蛋白亚基(LMW-GS)的品质效应,以35个小麦品种为材料,对17种LMW-GS的品质效应进行了研究。结果表明,在Glu-A3位点,对面筋数量的正向效应为A3 c、A3 b、A3 d、A3 e>A3 a,对面筋强度的正向效应为A3 c>A3 b、A3 d>A3 a、A3 e。在Glu-B3位点,对面筋数量的正向效应为B3 i、B3 d>B3 f>B3 e、B3 h>B3 g>B3 j,对面筋强度的正向效应为B3 d>B3 h>B3 j、B3 e>B3 i、B3 f>B3 g。在Glu-D3位点,对面筋数量的正向效应为D3 e>D3 c>D3 d>D3 b、D3 a,对面筋强度的正向效应为D3 a>D3 c、D3 e>D3 b、D3 d。综合各个亚基的品质效应,本研究提出了包含17种小麦LMW-GS的评分体系,品种品质类型与LMW-GS的对应分析结果验证了LMW-GS品质效应的分析结果。研究结果还表明,不同位点优异LMW-GS的品质效应具有累加作用。

小麦低分子量麦谷蛋白亚基与面团流变学特性关系的研究

采用十二烷基硫酸钠-聚丙稀酰胺凝胶电泳 SDS-PAGE 分离方法,以牛血清蛋白 67kD 和卵清蛋白 43kD 为分子量标记,对甘肃河西灌区近几年选育的17个小麦品系以及大面积栽培的2个春小麦品种的低分子量麦谷蛋白亚基组成以及不同亚基对面团流变学特性 面团韧性P、延伸性L、面团筋力W 的影响进行分析.19个试验材料中共标记出从35.2～60.5kD的LMW-GS共32条谱带;通过单因素方差分析 ANOVA 和逐步回归分析确定出对面团流变学特性P、L、W值影响显著的7个LMW-GS,分子量由高到低为:52.7kD、52kD、49.3kD、46.7kD、44.8kD、44.2kD、35.2kD.其中35.2kD和46.7kD亚基能显著地增加面团P值,44.8kD亚基能显著地降低面团P值;44.2kD和49.3kD亚基显著增加面团L值,52.7kD亚基降低面团L值;44.8kD、52.7kD亚基能显著降低面团的W值,52.0kD和46.7kD亚基能显著提高面团W值.

普通小麦低分子量麦谷蛋白亚基与农艺性状和品质性状关系的研究

研究了普通小麦低分子量麦谷蛋白亚基与农艺性状和品质性状的关系,并对利用高、低分子量麦谷蛋白亚基共同预测品质进行了分析。结果表明,低分子量麦谷蛋白亚基与农艺性状和品质性状都有一定的相关关系,但与农艺性状相关密切的亚基大多与品质性状没有显著的关系;逐步回归分析表明,利用两种蛋白组分共同预测品质,结果比一种组分更准确可靠。在对沉淀值的分析中,入选的亚基(按效应值排列)增效谱带依次为LGlu 12、LGlu 1、HGlu 1、HGlu 7+8、LGlu 10、LGlu 9、HGlu 5+10、LGlu 15;减效谱带依次为LGlu 5、LGlu 13、LGlu 7。复决定系数R^2=0.577 6,表明沉淀值变异的57.76%可由上述11个高、低分子量麦谷蛋白亚基的线性关系说明。

高低分子量麦谷蛋白亚基构成及其对小麦烘烤品质的效应分析

Glu 1位点等位基因编码的高分子量麦谷蛋白亚基(HMW GS)和Glu 3位点等位基因编码的低分子量麦谷蛋白亚基(LMW GS)是决定小麦加工品质的重要因素。用澳大利亚优质面包小麦Sunstate的两个杂交组合,即Sunstate/鲁麦21和Sun state/济南16F2代,研究了Glu 1和Glu 3位点等位变异对小麦烘烤品质的影响。结果表明,当材料为非1BL/1RS易位系,位点对小麦烘烤品质的贡献大小为,Glu D1>Glu B1=Glu A3>Glu B3;当材料为1BL/1RS易位系,位点对小麦烘烤品质的贡献大小为,Glu B3>Glu B1>Glu D1>Glu A3。1BL/1RS易位对小麦烘烤品质有显著的负面影响。就单个亚基而言,在Glu B1位点17+18>7+8,在Glu D1位点5+10>2+12和4+12,在Glu A3位点GluA3b>GluA3a,在Glu B3位点GluB3d>GluB3h>GluB3j。

部分小麦育种材料低分子量谷蛋白亚基等位基因变异

改进小麦LMW—GS分离技术，利用改良一步单向连续梯度SDS—PAGE技术分析40份具有较好品质、产量特性的小麦育种亲本材料的LMW—GS类型和组成形式。结果表明：采用适当的方法提取谷蛋白亚基，在4．8％浓缩胶（pH6．8，C≡2．6％），12．0％～14．0％连续梯度分离胶浓度（pH8．8，C=1．3％），电流35mA，电泳330min后可以获得良好的LMW—GS分离效果。Glu-3位点出现11种变异类型、19种亚基组合形式。Glu—A3位点出现Glu—A3a、Glu—A3b、Glu—A3c、Glu—A3d4种类型，频率分别为40．0％、12．5％、10．0％、37．5％；Glu—B3位点出现7种亚基类型，其中Glu—B3d、Glu—B3b、Glu—B3j为主要类型，频率分别为40．0％、20．0％、12．5％。亚基组合形式Glu—A3a＋Glu—B3d组合频率最高，频率为22．5％；9个亚基组合分别只在一个亲本出现，占分析材料总数22．5％。Glu—A3位点的遗传变异指数为0．6738，Glu—B3位点的遗传变异指数为0．8008，表明Glu-3位点遗传变异丰富。

滨麦低分子量谷蛋白亚基(LMW-GS)基因的分离与序列分析

采用PCR方法,从滨麦(Leymus mollis)基因组中分离出8条LMW-GS基因序列。核苷酸序列分析表明,序列GQ169791在起始密码子上游包含318 bp的启动子序列,该序列包含-300元件、GCN4 motif、种子贮藏蛋白盒等基因特异表达的顺式或反式作用调控元件。推导的氨基酸序列分析表明,8条序列的编码区依次有信号肽,N-末端区,中部重复区和C-末端Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区等典型LMW-GS多肽一级结构特征;序列HQ416909、HQ416914和HQ416915具有单一完整的开放阅读框(ORF);序列GQ169791、HQ416910、HQ416911、HQ416912和HQ416913在中部重复区和C-末端区出现了4个或5个提前终止密码子,推断其为假基因。8条序列都含有8个或9个半胱氨酸残基(C),N-末端区起始氨基酸序列为METSRIPG-或METTRIPG-,推断其为LMW-m型LMW-GS基因。系统进化分析表明,8条序列与华山新麦草(Psathyrostachys huashanica)LMW-GS基因(HM475146,GQ223386)和野大麦(Hordeum brevisubulatum)的B-hordein基因(AY695368)具有相对较近的同源关系。该研究为挖掘利用滨麦LMW-GS的基因提供了理论依据,对小麦品质改良具有一定参考价值。

小麦低分子量麦谷蛋白亚基分离条件优化

目的:优化一种有效分离小麦LMW-GS的实验条件。方法:以面包小麦L88-6作为材料,采用SDS-PAGE技术,通过对麦谷蛋白提取液、分离胶浓度、分离时间、电泳缓冲液等条件进行实验比较。结果与结论:含0.3mol/LNaI和1.4%4-VP的麦谷蛋白提取液能有效提取LMW-GS成分,分离胶浓度为T=14%C=3%、分离时间为40h、Tris-硼酸或Tris-甘氨酸电极缓冲液的分离条件分离效果好、重复性好、简单易行,为小麦低分子量麦谷蛋白亚基深入研究的第一个限速步骤提供了良好的解决方案。

小麦低分子量麦谷蛋白亚基功能标记研究进展

小麦是我国主要的粮食作物之一,籽粒中的低分子量麦谷蛋白对于小麦面包的加工品质具有重要的作用。近年来,利用分子标记技术检测小麦低分子量麦谷蛋白亚基(low molecular weight glutenin subunit,LMW-GS)的类型和组成已成为小麦品质改良的研究热点之一。主要综述了小麦低分子量麦谷蛋白亚基基因和蛋白质的结构特征、分类以及功能标记的研究进展,讨论了开发利用小麦Glu-A3、Glu-B3、Glu-D3位点LMW-GS功能标记的意义及存在的问题,并强调了LMW-GS分子标记检测技术的革新及亚基类型的完善对小麦品质改良的重要性,以期加速LMW-GS功能标记在优质小麦育种工作中的应用进程。

部分小麦低分子量谷蛋白亚基二级结构的预测与分析

为了从蛋白质高级结构的水平上研究小麦低分子量谷蛋白结构与功能的关系,利用互联网上开放的预测软件和蛋白质序列分析软件对已获得全序列,并明确其染色体定位的19个LMW-GS基因的推导氨基酸序列进行二级结构的预测和分析。结果表明,在整个LMW-GS二级结构中,无规则卷曲最多,达69.51%,α-螺旋(28.97%)较β-折叠(1.36%)占有绝对优势,因而归属于α结构型蛋白。其中,信号肽由大量α-螺旋和微量无规则卷曲组成,N-端和重复区均由无规则卷曲占据,而C-末端除富含α-螺旋和无规则卷曲外,还是β-折叠的唯一分布区。同时,两个分子间二硫键存在于无规则卷曲中,而另有6个分子内二硫键分布于α-螺旋内或其附近,由此推导出小麦LMW-GS二级结构的平面模式图。这种特异的LMW-GS二级结构不仅进一步证明了“蛋白质一级结构决定高级结构”,以及信号肽引导新合成的LMW-GS顺利进入相应细胞器等经典理论,而且从空间结构的水平上阐释了LMW-GS多肽链致密化及其互聚体形成、富集,并与HMW-GS一起影响面粉加工品质的结构基础。

普通小麦低分子量麦谷蛋白亚基核心编码区与面团强度关系的研究

为分析LMW-GS基因对面团强度的影响,利用两个重组自交系99G45/京771和Pm97034/京771的F9代,对LMW-GS基因特异位点和与其紧密连锁的Gli-1位点进行分析,研究对面团强度影响差异显著的Glu-B3位点的等位基因核心编码区的序列差异。结果表明,3个亲本LMW-GS核心编码区都具有6个半胱氨酸残基,但PB较GB和JB缺失了一个7氨基酸序列的重复单元,并且在不同序列中出现了氨基酸代换,其中有2个代换可能影响氨基酸序列的亲水性,进而影响面团强度。

硬粒小麦品种Langdon低分子量谷蛋白亚基新基因的克隆

为了进一步了解小麦Glu-3位点的基因组成,采用PCR方法从硬粒小麦品种Langdon中克隆了2个低分子量谷蛋白亚基(LMW-GS)新基因,暂命名为LMW LDN1、LMW LDN2,GenBank注册号为DQ659333和DQ659334。这2个基因都具有LMW-GS的典型结构特征,编码区全长分别为1 005bp和894bp,编码334个和297个氨基酸。通过Langdon1D(1A)和Lang-don1D(1B)代换系定位分析表明,LMW-LDN1和LMW-LDN2位于Glu-A3位点。

新疆稻麦低分子量谷蛋白亚基基因序列分析

根据普通小麦低分子量谷蛋白亚基基因保守区序列,设计了一对引物(P1和P2),采用PCR法对新疆稻麦(Triticum petropavlovskyiUdacz.et Migusch)的基因组DNA进行扩增,获得1条约900 bp的片段,纯化后克隆到载体pMD18-T后,对筛选阳性克隆测序,获得1个基因LMWXJ-1(Genbank登录号:AY695380)。序列分析的结果表明LMWXJ-1具有典型的低分子量谷蛋白亚基基因的基本结构。推导的氨基酸序列比较结果表明,LMWXJ-1与Glu-A3和Glu-D3位点的低分子量谷蛋白基因具有较高的相似性(最高相似性分别为82%和80%),而与Glu-B3位点的差异较大(最高相似性仅有68%)。

3个新疆地方小麦品种Glu-A3位点低分子量谷蛋白亚基新基因的序列分析

麦谷蛋白可分为高分子量麦谷蛋白亚基(HMW-GS)和低分子量麦谷蛋白亚基(LMW-GS),其中低分子量麦谷蛋白亚基对小麦品质具有重要影响。本文采用PCR方法从中国小麦微核心种质中的3个新疆小麦品种红春麦(新疆玛纳斯)、红春麦(新疆昌吉)和红金包银(新疆伊吾)中分别得到了3个低分子量麦谷蛋白亚基(LMW-GS)新基因(GenBank:DQ519084、DQ519085和DQ517534)。它们具有LMW-i型基因的典型结构特征,与已报道的Glu-A3位点编码的LMW-GS基因序列有很高的一致性,高达79.06%～94.24%。DQ519084和DQ517534在C末端保守区有9个半胱氨酸残基,DQ519085其编码区内存在1个提前终止密码子,推测其为假基因。

小偃麦异附加系TAI-13中来自中间偃麦草的低分子量麦谷蛋白亚基基因的分子克隆

通过分析小麦(Triticum aestivum L.)-中间偃麦草(Agropyron intermedium(Host)Beav)异附加系TAI-Ⅰ系列的麦谷蛋白SDS-PAGE电泳图谱和基因组DNA的PCR扩增产物，发现在异附加系TAI-13中附加的中间偃麦草染色体上具有编码高分子量和低分子量麦谷蛋白亚基基因的位点，属于第一同源群。随后，采用RT-PCR方法，从TAI-13的未成熟子粒中克隆了4个来自中间偃麦草的低分子量麦谷蛋白亚基基因。序列分析表明，13003、13006和13054是包括信号肽编码序列的全长基因，而13514没有信号肽编码序列。根据由核苷酸序列推导的蛋白质分子的N-末端氨基酸序列，这4个基因编码的麦谷蛋白亚基可分为3种类型，即Ai-M型(由基因13514编码，命名为LAi1)、Ai-O型(由基因13006和13045编码，分别命名为LAi2和LAi3)和Ai-Ⅰ型(由基因13003编码，命名为LAi4)。通过与小麦的低分子量麦谷蛋白亚基分子比较，发现Ai-M和Ai-O是两种未见报道的新的低分子量麦谷蛋白亚基类型，而Ai-Ⅰ型与小麦的Ⅰ型亚基相似。氨基酸序列分析发现，基因13514编码的蛋白质亚基分子LAi1有较长的重复区(26个重复模块)和较多的半胱氨酸残基(9个)，推测其可形成3个分子间二硫键，可能对增强面团的强度和粘弹性有正面效应。

低分子量麦谷蛋白亚基种类与强筋小麦品质关系

为明确小麦低分子量麦谷蛋白亚基在强筋小麦改良中的作用,对Glu-3各位点基因的分类、遗传学效应及在强筋小麦育种中的利用价值进行了综述,以期为强筋小麦育种提供理论依据。