小麦光温敏雄性不育系BS237ω-黑麦碱基因克隆及序列分析

为研究小麦光温敏雄性不育系BS237中ω-黑麦碱基因编码区特征,利用同源克隆的方法克隆ω-黑麦碱基因的编码区序列,共得到8条具有完整开放阅读框的基因序列(OK999982~OK999985,OK999987~OK999990),基因编码区长度为1002~1074 bp,可编码333~357个氨基酸残基,全部编码RQL型ω-黑麦碱蛋白。NCBI BLAST分析表明克隆序列与已知序列的相似度在91%~100%之间,推断其为ω-黑麦碱基因家族。进化分析表明8个克隆的基因与普通小麦(Triticum aestivum L.)和黑麦(Secale cereale L.)的ω-黑麦碱基因序列具有较高的同源性,说明ω-黑麦碱基因具有一定的基因组特异性。乳糜泻(CD)免疫肽识别分析表明,8个基因中均分布有5种T细胞免疫肽——Gli-ωt(PQQPFPQQ)、DQ2.5-glia-γ5(QQPFPQQPQ)、QQPY、SPQQ和PQQP,且肽段Gli-ωt(PQQPFPQQ)和PQQP存在多个拷贝。本研究结果可为1BL/1RS类型杂交小麦加工品质的分子改良及乳糜泻疾病的预防提供参考。

ω-黑麦碱基因沉默对小麦1B/1R易位系加工品质的影响

ω-黑麦碱是造成小麦1B/1R易位系加工品质差的一个重要因素,为探索解决这一问题,构建了ω-黑麦碱基因沉默表达载体,并通过农杆菌介导转化小麦品种金禾9123,获得3个T_0代转基因植株,再经连续的扩繁和PCR检测,获得纯合转基因T_4代株系。酸性PAGE检测结果表明,这些纯合转基因株系中ω-黑麦碱的总表达量平均下降53%。这些ω-黑麦碱基因沉默的转基因株系的面筋指数、沉降值和稳定时间均显著提高,而其农艺性状,如株高、穗粒数、千粒重和小区产量,均没有受到不良影响,说明沉默ω-黑麦碱基因可以在不影响产量的前提下提高小麦1B/1R易位系的加工品质。

黑麦碱基因(Sec-1)表达缺失的1RS/1BL易位系的鉴定

用改良的GiemsaC带技术、DNA原位杂交和酸性聚丙烯酰胺凝胶电泳(APAGE)对来源于小麦品种绵阳11与不同黑麦自交系远缘杂交获得的高代株系(BC1F7)的染色体结构和醇溶蛋白进行了研究。结果发现,在鉴定的200个株系中,有45个株系经C带和APAGE检测均一致地发现它们含有一对1RS/1BL易位染色体,而一个株系84311,C带鉴定、原位杂交结果均证明它含有一对1RS/1BL易位染色体,但APAGE醇溶蛋白图谱却不具有黑麦1RS染色体臂的黑麦碱特征带,而表达出既不同于黑麦碱又不同于亲本绵阳11的醇溶蛋白带型。这一结果表明,利用不同的黑麦亲本资源,可以获得黑麦碱基因Sec1表达缺失的新的1RS/1BL易位系。这种新的1RS/1BL易位系缺失了影响小麦品质的黑麦碱蛋白,因此是进一步研究1RS/1BL易位对小麦品质影响的珍贵材料。研究指出,在利用外源基因的植物育种中,外源种供体材料的遗传多样性是值得重视的基因资源。

一个黑麦碱基因Sec-1表达缺失的抗白粉病新材料的鉴定和抗源分析

小麦品系1002是经多年自交繁衍形成的稳定品系,对当前生产上流行的白粉菌生理小种表现苗期和成株期免疫抗性。为深入了解1002白粉病抗性的遗传基础,本研究对其抗性来源、遗传特性和细胞学背景进行了分析。结果表明,1002的白粉病抗性受一对显性基因控制,细胞核遗传,并能在感病品种中有效表达,与感病品种杂交F1代表现为免疫。1002是一个不含有中间偃麦草和簇毛麦遗传背景的黑麦碱基因Sec-1表达缺失的1BL/1RS易位系,其白粉病抗性基因与1BL/1RS染色体无关,与当前有效的白粉病抗性基因Pm37、Pm40、Pm43、PmCN17和PmL962并不相同。因此,推断1002携带一个新的抗白粉病基因。

ω-黑麦碱基因表达缺失的1BL/1RS易位系种质创新

1BL/1RS易位系是小麦育种的重要亲本,但1RS Sec-1位点表达的ω-黑麦碱是导致小麦加工品质不佳的重要因素。为消除ω-黑麦碱的不良影响,进一步挖掘1BL/1RS易位系的育种潜力,本研究利用低能N+离子束处理1BL/1RS易位系小麦干种子,利用醇溶蛋白酸性聚丙烯酰胺凝胶电泳(A-PAGE)筛选ω-黑麦碱表达缺失突变株系,1RS染色体特异引物鉴定携带1RS染色体的突变株系,结果共创制出9个ω-黑麦碱基因Sec-1位点表达缺失的新的1BL/1RS易位系种质。农艺性状和品质性状分析结果表明,这些1BL/1RS易位系新种质的籽粒蛋白含量、面筋指数、稳定时间等加工品质性状显著提高,株高、穗数、千粒重等农艺性状无显著变化。ω-黑麦碱表达缺失突变体的育成为培育优质抗逆小麦品种提供了新的方法。

75K γ-黑麦碱基因的分子鉴定与转移

【目的】研究75K γ-黑麦碱基因的系统进化关系,并将秦岭黑麦75Kγ-黑麦碱基因导入普通小麦遗传背景中。【方法】利用75K γ-secalin亚基的特异引物secF/secR对5种黑麦进行扩增、克隆、测序及序列分析。以普通小麦(中国春)为母本,黑麦为父本,获得杂种。自杂种后代中,采SDS-PAGE技术分析杂交后代的75K γ-secalins蛋白亚基。用根尖制片进行体细胞染色体数目观察和原位杂交分析。【结果】序列分析结果表明,我国秦岭黑麦(AS156)与美国Wrens黑麦(CIse35)、土耳其4041黑麦(PI168199)、南非的Polko黑麦(PI412949)、智利278黑麦(PI436188)的栽培品系均具有75Kγ-黑麦碱典型的一级结构,但是在重复区中序列差异较大(包括缺失/插入和SNP)。聚类分析表明,我国的秦岭黑麦与同在北纬的土耳其和美国黑麦亲缘关系近,而与位于南纬的南非、智利的两种黑麦关系较远。以中国春为遗传背景,将位于秦岭黑麦2R染色体上的75Kγ-黑麦碱基因导入六倍体小麦,获得结实正常,农艺性状稳定的品系,编号WYQ122。通过SDS-PAGE技术和基因测序分析,已确认WYQ122中携带75Kγ-黑麦碱基因,同时原位杂交也验证黑麦染色体的存在。细胞学鉴定表明,WYQ122植株间染色体数目有41条和42条两种类型。【结论】黑麦的75Kγ-黑麦碱基因存在差异。以染色体代换系的方式将该基因转入普通小麦中。

新西兰草甸羊茅中不同处理的黑麦草碱含量分析

通过萃取和复萃取的方法从牧草中获得结晶状的二氢氯化黑麦草碱。8种不同分子结构的黑麦草碱具有不同生物活性,并具有一定的抗牧草虫害的作用。但牧草中的黑麦草碱的含量随着季节变化也发生相应变化,并影响抗虫的效果。因此,试验用草甸羊茅经内生真菌对生长在新西兰的草甸羊茅Festuca praten-sis进行12种不同的感染处理,测定草甸羊茅叶和茎在不同季节中黑麦草碱的含量,选出高产量、生长期长和抗虫害强的共生牧草。

黑麦1RS染色体臂Sec-1位点的研究进展

在世界小麦育种中,小麦-黑麦1BL/1RS易位系作为优异基因资源被广泛利用。1BL/1RS易位系中1RS Sec-1位点的引入和1BS Glu-3/Gli-1位点的缺失导致其烘烤加工品质不佳,从而降低了1BL/1RS易位系在优质小麦育种中的利用价值。为了进一步发掘1BL/1RS易位系的育种价值,提高其加工品质,从Sec-1位点在染色体上的定位、Sec-1位点编码的40Kγ-黑麦碱和ω-黑麦碱基因家族的特征、ω-黑麦碱对小麦品质的影响以及消除ω-黑麦碱对品质不良影响的技术路径4个方面,综述了黑麦1RS染色体臂Sec-1位点的研究进展。

Sec-1位点缺失对1BL/1RS易位系籽粒品质的影响

为了解Sec-1位点缺失对1BL/1RS易位系品质的影响,用Sec-1位点缺失突变体与郑麦7698多次回交,系谱法辅助分子标记多代选择后得到Sec-1位点缺失的1BL/1RS易位系(简称Sec-1位点缺失易位系)和正常1BL/1RS易位系(简称正常易位系),并进行品质性状、抗病性及农艺性状鉴定。结果表明,蛋白质含量、湿面筋含量、干面筋含量和中峰值高度在Sec-1位点缺失易位系和正常易位系之间差异不显著,而Sec-1位点缺失易位系的面筋指数、面团形成时间、稳定时间、粉质质量指数、和面时间、中峰值宽度和8 min尾宽显著高于正常易位系。正常易位系的吸水率和衰落角显著大于Sec-1位点缺失易位系。Sec-1位点缺失易位系的条锈病抗性和白粉病抗性均低于正常易位系,但二者之间条锈病的病情指数差异不显著,而白粉病的病情指数差异达显著水平。正常易位系与Sec-1位点缺失易位系间的千粒重、穗粒数、产量水平差异均不显著。综上所述,Sec-1位点缺失对小麦籽粒品质的正向调控作用显著,而对农艺性状的负面效应不显著,Sec-1位点缺失突变体是研究和改良小麦籽粒品质的优良遗传材料。

小麦×玉米杂交双单倍体后代的HMW-GS组成和易位分析

为了提高优质小麦的育种效率,在早代明确高分子量谷蛋白亚基和醇溶蛋白的组成,增加育种的针对性,以1个小麦杂交组合的296个DH株系群体为试材,采用半粒SDS-PAGE法检测麦谷蛋白,且用A-PAGE检测了醇溶蛋白。结果表明:母本衡09-6324的HMW-GS构成为null、7+9、2+12,是有Sec-1特征带的1BL/1RS易位系品种,父本师栾02-1亚基组成1、7+9、5+10,是非1BL/1RS易位系品种。296个DH株系共鉴定出6种不同的HMW-GS类型,均为父母本表达亚基类型的再分配,无变异类型。与面包加工品质呈正相关的5+10亚基出现频率为35.13%。DH株系材料中1BL/1RS易位系类型的占54.05%,1、5+10优质亚基同时出现,且没有Sec-1表达的占15.20%,这些株系可作为新的面包小麦种质资源使用。采用半粒SDS-PAGE和A-PAGE法对育种早代的优异单株进行有效鉴定和选择,可以提高优质小麦育种效率。

一个普通小麦γ-醇溶蛋白基因的分子标记

运用生物信息学方法,根据已知的黑麦75Kγ-黑麦碱DNA序列设计引物,对8份不同类型的普通小麦材料进行PCR扩增,均获得一条约400 bp的特异扩增带。对新中长和99L2的扩增带分别进行克隆测序,序列登录号为:DQ432029和DQ432030。分析表明,DQ432029和DQ432030序列完全一致,由377个碱基组成。BLAST分析发现,该序列与普通小麦γ-醇溶蛋白基因的同源性最高,相似性达92%,表明它是一个小麦γ-醇溶蛋白基因。同时,此序列与所有已知γ-醇溶蛋白基因序列存在显著差异,因而可以认为它是普通小麦γ-醇溶蛋白基因家族的一个新序列。所有不同类型的小麦材料都扩出一条同样大小的清晰、明亮带,此扩增带可以作为普通小麦该γ-醇溶蛋白新基因的特异分子标记。