151份小麦品种(系)中主要品质基因的分子检测.pdf
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1、明确江苏瑞华农业科技有限公司 151 份小麦品种(系)中品质基因的分布情况,利用分子标记技术对小麦谷蛋白亚基(HMW-GS)、多酚氧化酶(PPO)活性和 1B/1R 异位系进行检测。结果表明:高分子量谷蛋白亚基(HMW-GS)基因频率 Ax2 为 1.32%,Dx5 为 17.22%,By8 为70.20%,Bx7 为 89.40%,Ax2+Dx5、Ax2+By8 和 Ax2+Bx7 均 为 0.66%,Dx5+By8 为7.28%,Dx5+Bx7 为 14.57%,By8+Bx7 为 62.25%;多酚氧化酶(PPO)活性相关基因频率Ppo-A1b 为 45.70%,Ppo-D1a 为 25
2、.83%,双低 PPO 活性等位基因 Ppo-A1b+Ppo-D1a 为优异等位基因,频率为 8.60%;1B/1R 异位系的分布频率为 86.75%;同时携带低 PPO 活性等位变异组合,且为非 1B/1R 异位系的材料只有 2 份,频率为 1.32%;同时携带谷蛋白亚基 Bx7 和低PPO 活性等位变异组合,且为非 1B/1R 异位系的材料只有 1 份,可作为小麦育种材料。关键词:小麦;高分子量麦谷蛋白;多酚氧化酶;1B/1R 异位系;分子标记中图分类号:S512.1文献标志码:A文章编号:1673-0143(2023)05-0014-10DOI:10.16389/42-1737/n.20
3、23.05.002Molecule Detection of Main Quality Genes in 151 Wheat LinesZHANG Hong1,WANG Xin*1,QIAN Luqiao1,JIN Yangang2,YANG Yongle2,XIA Zhonghua2(1.College of Agriculture,Anhui Science and Technology University,Fengyang 233100,Anhui,China;2.Jiangsu Ruihua Agricultural Science&Technology Co.,Ltd./J
4、iangsu Wheat Commercial ImprovementEngineering Technology Research Center,Suqian 223800,Jiangsu,China)Abstract:To clarify the distribution of quality genes in 151 wheat varieties(lines)ofJiangsu Ruihua Agricultural Science and Technology Co.,Ltd.,molecular markers wereused to detect high molecular w
5、eight glutenin subunit(HMW-GS),PPO activity,and1B/1R ectopic lines.The results showed that the gene frequencies of HMW-GS Ax2,Dx5,By8,and Bx7 were 1.32%,17.22%,70.20%and 89.40%,respectively.The genefrequencies of Ax2+Dx5,Ax2+By8,and Ax2+Bx7 were all 0.66%,and the genefrequencies of Dx5+By8,Dx5+Bx7,a
6、nd By8+Bx7 were 7.28%,14.57%and62.25%,respectively.The frequency of polyphenol oxidase(PPO)activity-related genes收稿日期:2023-02-02基金项目:江苏省重点研发项目(BE2021375)作者简介:张红(1996),女,硕士生,研究方向:农艺与种业。*通信作者:王歆(1973),男,副教授,博士,研究方向:农作物种质创新与遗传改良。E-mail:第 51卷 第 5期2023年 10月江 汉 大 学 学 报(自 然 科 学 版)J.Jianghan Univ.(Nat.Sci.E
7、d.)Vol.51 No.5Oct.20232023年第 5期Ppo-A1b and Ppo-D1a was 45.70%and 25.83%,double low PPO activity allele Ppo-A1b+Ppo-D1a was an excellent allele,with a frequency of 8.60%.The distributionfrequency of 1B/1R was 86.75%.Only 2 materials were carrying low PPO activity allelicvariation combinations and non
8、-1B/1R ectopic lines at the same time,with a frequency of1.32%.Only one material was carrying an allelic variation combination of glutenin subunitBx7 and low PPO activity at the same time,which was a non-1B/1R ectopic line,and itcould be used as wheat breeding material.Key words:wheat;high molecular
9、 weight glutenin;polyphenol oxidase;1B/1R ectopicline;molecular marker0引言小麦是禾本科(Gramineae)植物中最重要的栽培作物之一1,也是全世界种植范围最广、面积最大、产量最高、贸易额最多的粮食作物之一,世界上约 40%的人以小麦为主要食物2。小麦作为我国第三大粮食作物,常年播种面积和产量约占全国粮食作物的五分之一以上3。但小麦易受各种病害的侵染从而造成产量和品质下降。近些年来,分子标记辅助育种的方法已用于提高小麦品质和产量4。小麦面粉的食用和加工品质受蛋白质含量或面筋强度、淀粉特性、面粉颜色和硬度等品质特征 的 影
10、响。高 分 子 量 麦 谷 蛋 白 亚 基(HWM-GS)是 小 麦 面 团 流 变 学 和 面 筋 特 性 的 主 要 因素5-6。它由位于小麦第一条同源染色体上 Glu-A1、Glu-B1 和 Glu-D1 基因座的基因编码,每个基因座包含两个紧密相连的基因7。它们编码具有较高分子量的 X 型亚基和具有较低分子量的 Y 型亚基8。虽然 HWM-GS 只占小麦贮藏蛋白的 10%,但是对面筋强度和面团黏弹性起决定性作用9-11。有研究12认为,含有 Ax1、Ax2、Dx5、By8、Bx7、Dy10 基因的小麦面粉制作的面包和面条品质会更好。在加工和储存过程中,很多面制食品会出现褐变现象,不仅会
11、影响食物的外观,还会影响其营养价值13-14。多酚氧化酶(Polyphenol oxidase,PPO)是引起面粉制品颜色褐变的主要因素15-16,其主效基因 Ppo-A1 和 Ppo-D1 位于染色体 2AL 和 2DL 上17。Sun 等18开发了定位于 2AL 的 PPO 基因标记 PPO18,该标记能有效区分控制 PPO 活性高低的等位基因Ppo-A1a 和 Ppo-A1b。He 等19开发了定位于 2DL 上的互补标记 PPO16 和 PPO29,能够有效区分 Ppo-D1 位点的等位基因 Ppo-D1a(PPO 活性低)和 Ppo-D1b(PPO 活性高)。因此,国内外致力于选育
12、PPO 活性低的小麦品种。1B/1R 异位系在世界各地应用十分广泛,在抗病、抗逆和丰产性等方面具有独特的优越性,曾在我国小麦育种和生产上大量利用。但该异位系加工品质普遍较差,面筋强度降低,烘烤品质差。非 1B/1R 异位系的黄色素含量更低,因此,低 PPO 活性的非 1B/1R 异位系小麦品种,可用于改良小麦品种面粉色泽20。本研究利用分子标记技术,对江苏省宿迁市瑞华农业科技有限公司 151 份小麦品种(系)中的等位变异情况进行检测和分布规律分析,从中筛选出具有优质高分子量谷蛋白亚基、低 PPO活性和非 1B/1R 异位系的小麦品种,为小麦的育种提供支持。1材料与方法1.1试验材料选用江苏瑞华
13、农业科技有限公司试验田 2020年主要推广的小麦品种和试验品系,每个品种(系)张红,等:151份小麦品种(系)中主要品质基因的分子检测15江汉大学学报(自然科学版)总第 51卷种植 2 行,行长 4 m,行距 50 cm,株距 20 cm。采用 CTAB 法21提取 2020 年 12 月份田间采集的小麦叶片总 DNA,并稀释至 150 mg/L,置于-20 冰箱保存待用。每个品种(系)随机取样 3 份。1.2小麦 DNA 提取及分子标记检测本文所用检测引物根据文献 22-25 进行选择,由生工生物工程(上海)股份有限公司合成,具体信息见表 1。10 L 2 Taq Master Mix(北京
14、普鲁顿生物科技有限公司),4SGelred 核酸染剂(生工生物工程(上海)股份有限公司)。PCR 扩增(基因扩增仪:TOUCH 960 型,杭州晶格科学仪器有限公司)反应体系为 16 L:DNA 2 L,ddH2O 9.9 L,10 buffer(含 Mg+)1.5 L,dNTP(10 mmol/L)1.5 L,Primer F(10 pmol/L)0.5 L,Primer R(10 pmol/uL)0.5 L,Taq 酶(DNA 聚合酶)0.1 L。扩增产物使用 1.5%琼脂糖凝胶在 1 TAE 缓冲液中进行电泳检测,使用凝胶成像系统(培清 JS-680D 全自动凝胶成像分析仪)拍照保存。表
15、 1小麦基因标记引物及扩增片段大小Tab.1Primers and amplified fragments of wheat gene markers基因位点Glu-AlGlu-D1Glu-B1Ppo-D1Ppo-A1Glu-B3j基因Ax2Dx5By8Bx7Ppo-DlaPpo-DlbPpo-A1a/Ppo-A1b1B1R标记名称Ax2Dx5By8Bx7PPO16PPO29PPO181B1R引物序列(5-3)F:ATGACTAAGCGGTTGGTTCTTR:ACCTTGCTCCCCTTGTCTTTF:CGTCCCTATAAAAGCCTAGCR:AGTATGAAACCTGCTGCTGCGGAC
16、F:TTAGCGCTAAGTGCCGTCTR:TTGTCCTATTTGCTGCCCTTF:ACGTGTCCAAGCTTTGGTTCR:GATTGGTGGGTGGATACAGGF:TGCTGACCGACCTTGACTCCR:CTCGTCACCGTCACCCGTATF:TGAAGCTGCCGGTCATCTACR:AAGTTGCCCATGTCCTCGCCF:AACTGCTGGCTCTTCTTCCCAR:AAGAAGTTGCCCATGTCCGCF:GTTGGAAGGGAGCTCGAGCTGR:GTTGGGCAGAAAGGTCGACATC片段长度/bp1 319450527447713490685/87
17、61 598退火温度586058 636368 566665642结果与分析2.1151 份小麦材料面筋强度相关基因分子检测在 Glu-A1、Glu-D1 和 Glu-B1 位点共检测出 4 种类型蛋白亚基基因(见表 1)。在 Glu-A1 位点为稀有亚基基因 Ax2,利用标记 Ax2 可以扩增出 1 319 bp 目的片段,在 151 份小麦材料中有 2 份材料含有 Ax2 基因,频率为 1.32%(部分结果见图 1、表 2);在 Glu-D1 位点为亚基基因Dx5,利用标记 Dx5 可以扩增出 450 bp 目的片段,有 26 份材料含有 Dx5 基因,频率为 17.22%(部分结果见图
18、2、表 2);在 Glu-B1 位点检测出 By8 和 Bx7 基因,利用标记 By8 和 Bx7 可以扩增出527 bp 和 447 bp 的 目 的 片 段,含 有 By8 基 因 有 106 份,含 有 Bx7 基 因 有 135 份,频 率 分 别 为70.20%和 89.40%(部分结果见图 3 和图 4、表 2)。其中,在 GluB1 位点上亚基 Bx7 基因出现频率最高。162023年第 5期M.DNA ladder 2000;1.072415-7-4-1-1;2.淮麦 2224;3.淮麦 304;4.西农 235;5.071778-5-2-3。图 1Ax2标记扩增部分品种琼脂糖
19、凝胶电泳Fig.1Agarose gel electrophoresis of some varieties amplified byAx2markersM.DNA ladder 2000;1.淮麦 608;2.淮麦 610;3.瑞华 1588-16;4.瑞华 567;5.07085-1-7-3-6;5.淮麦 35;7.淮麦 29;8.淮麦 30。图 2Dx5标记扩增部分品种琼脂糖凝胶电泳Fig.2Agarose gel electrophoresis of some varieties amplified byDx5markersM.DNA ladder 2000;1.瑞华 520;2.瑞华
20、 528;3.瑞华 568;4.瑞华 549;5.瑞华 506;6.瑞华 516;7.瑞华 502;8.瑞华 563;9.瑞华 556;10.瑞华 519。图 3By8 标记扩增部分品种琼脂糖凝胶电泳Fig.3Agarose gel electrophoresis of some varieties amplified byBy8markersM.DNA ladder 2000;1.西农 235;2.瑞华 558;3.瑞华 501;4.P01;5.P02;6.P03;7.P04;8.P05;9.P06;10.P07。图 4Bx7标记扩增部分品种琼脂糖凝胶电泳Fig.4Agarose gel e
21、lectrophoresis of some varieties amplified byBx7markers2.2151 份小麦材料面粉色泽相关基因分子检测在 Ppo-A1 基因位点,利用共显性标记引物 PPO18 可检测低 PPO 活性基因 Ppo-A1b 和高PPO 活性基因 Ppo-A1a,可以扩增出 685 bp 和 876 bp 的目的片段。在 151 份小麦材料中有 77 份张红,等:151份小麦品种(系)中主要品质基因的分子检测17江汉大学学报(自然科学版)总第 51卷材料是高 PPO 活性的 Ppo-A1a 基因型,频率为 50.99%;有 69 份材料是低 PPO 活性的
22、Ppo-A1b 基因型,频率为 45.70%(部分结果见图 5、表 2);最终还有 5 份模糊条带,其结果不明,所占比例为 3.31%。在 Ppo-2D 基因位点,利用互补显性标记引物 PPO16 和 PPO29,检测出低 PPO 活性基因 Ppo-D1a 和高 PPO 活性基因 Ppo-D1b,分别扩增出 713 bp 和 490 bp 的目的片段。有112份含有 Ppo-D1b基因,其频率为 74.17%;有 39份材料含有 Ppo-D1a基因,其频率为 25.83%(部分结果见图 6、表 2)。同时含有 Ppo-A1b 和 Ppo-D1a 基因有 13 份材料,频率为 8.61%。M.D
23、NA ladder 2000;1.P23;2.D001;3.D002;4.D003;5.D004;6.D005;7.D006;8.D007;9.D008。图 5PPO18标记扩增部分品种琼脂糖凝胶电泳Fig.5Agarose gel electrophoresis of some varieties amplified byPPO18markersM.DNA ladder 2000;1.淮麦 304;2.071778-5-2-3;3.淮麦 45;4.泛区麦 15 号;5.淮麦 608;6.淮麦 610;7.瑞华麦 1588-16;8.瑞华 567;9.07085-1-7-3-6;10.ZY03
24、94。图 6PPO29和PPO16标记扩增部分品种琼脂糖凝胶电泳Fig.6Agarose gel electrophoresis of some varieties amplified byPPO29andPPO16markers2.3151 份小麦材料 1B/1R 异位系的标记检测在 Glu-B3j基因位点为 1B/1R 异位系基因,利用 1B/1R 标记扩增出 1 598 bp 的目的片段,在151 份材料中共检测出 131 份含有 1B/1R 异位系,其频率为 86.75%;非 1B/1R 异位系对小麦面粉的白度具有很好的正向作用,共有 20 份,其频率为 13.25%(部分结果见图 7
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- 151 小麦 品种 28 29 主要 品质 基因 分子 检测
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