抗白粉病小偃麥衍生品系高分子量麥谷蛋白亞基分析

張曉軍，暢志堅，閻曉濤，李 欣，詹海仙

（山西省農業科學院作物科學研究所，山西太原030032）

小麥白粉病是小麥生產上嚴重發生的病害，幾乎遍布世界各地的小麥產區，是我國麥區的主發病害之一。白粉病的發生會對小麥產量及品質造成嚴重影響[1]。目前，白粉病主要采用化學防治，而大量使用農藥，不僅會提高生產成本、污染環境，還影響人體健康。作物病害防治最有效的手段是選育和推廣抗病品種。

小麥品質主要包括營養品質和加工品質[2]。影響小麥加工品質的主要因素是小麥粉所含有的蛋白質，其中，影響最大的為麥谷蛋白和醇溶蛋白，醇溶蛋白（Gli）影響面團的延伸性，麥谷蛋白（Glu）決定小麥粉面團的彈性（即抗延伸性）。麥谷蛋白分為高分子量麥谷蛋白亞基（HMWGS）和低分子量麥谷蛋白亞基（LMW-GS）。高分子量麥谷蛋白由位于第1 部分同源群染色體1A，1B 和1D 長臂上的Glu-1 基因位點所編碼，分別稱為Glu-A1，Glu-B1，Glu-D1，到目前為止，已經發現并命名的亞基超過40 種[3-4]。Payne[5]對不同亞基進行了命名并根據這些亞基對面粉品質的影響制定了小麥品質評定標準，該標準已廣泛用于小麥品質評定和育種實踐。

八倍體小偃麥是利用中間偃麥草與普通小麥雜交創造的新物種，具有偃麥草的許多優良性狀，是改良普通小麥產量、抗性、品質的重要種質資源。山西省農業科學院作物科學研究所作物分子育種實驗室運用染色體工程等新方法，以八倍體小偃麥為橋梁，將中間偃麥草的優質抗病基因導入普通小麥，創制了大量免疫或高抗白粉病的小麥新品系。為了有效利用這些新的抗病種質資源，本試驗對這些品系的高分子量麥谷蛋白亞基（HMW-GS）組成結構進行了分析，以便從這些抗病新品系中選出含有能夠改良小麥加工品質優良亞基的材料，使抗病育種與品質育種有效結合。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

試驗材料來源于八倍體小偃麥TAI7045 等與普通小麥的遠緣雜交高代（F6以上）株系，選擇其中高抗白粉病的穩定株系，共計64 個。

1.2 HMW-GS 的提取和電泳

用十二烷基磺酸鈉- 聚丙烯酰胺凝膠電泳（SDS-PAGE）的方法對供試株系的高分子量麥谷蛋白亞基（HMW-GS）進行分離[6-7]，以中國春、中優9507 為對照，按Payne 等[8]的方法對HMWGS 進行命名。品質得分根據Payne 等[8]的計算方法得出。根據王瑞等[9]的研究，14＋15 亞基的作用明顯大于7＋9 亞基，因此，本研究將14＋15與7＋8 相當，評為3 分（表1）。

表1 高分子量麥谷蛋白亞基品質得分

2 結果與分析

以中國春（null，7＋8，2＋12）、中優9507（1，7＋9，5＋10）為對照，對64 個高抗白粉病株系的高分子量麥谷蛋白亞基進行鑒定分析，各株系亞基組成及得分如表2 所示。

每份材料一般含有3～5 個高分子量麥谷蛋白亞基，其中，Glu-A1 控制1 個或缺失，Glu-B1控制2 個，Glu-D1 控制2 個。由表2 可知，在參加試驗的64 個材料中，共出現14 種亞基類型，具有豐富的遺傳變異性。其中，null，7＋8，2＋12出現頻率最高，64 個材料中有27 個為該亞基組合，占總材料數的42%；其次是null，13＋16，2＋12，有10 個材料，占材料總數的16%；null，7＋9，2＋12 有7 個材料，占材料總數的11%；null，14＋15，2＋12 有6 個材料，占材料總數的9%；null，7＋8，5＋10 有3 個材料，占材料總數的5%；null，13＋16，5＋10 和1，7＋8，5＋10 各有2 個材料，占材料總數的3%；其他7 種類型僅有1 個材料。

根據公認的優質亞基類型[10]，在64 個供試材料中，7＋8 亞基比較豐富，而1，2*，14 ＋15，17＋18 亞基出現的比較少；含有5＋10 優質亞基的材料共有14 個，占到材料總數的22%。在小麥育種工作中，要優先導入5＋10 亞基，并重視14＋15，17＋18 等優質亞基的導入[11]。所有參試材料中評分最高的亞基組合類型（1，7＋8，5＋10），（2*，17＋18，5＋10） 共有3 份，分別為191-2，242-2，178-2，這3 份材料的農藝性狀也比較優良，有望在生產中直接應用。

表2 64 個供試株系的高分子量麥谷蛋白亞基組成

續表2

3 討論

小麥貯藏蛋白主要包括醇溶蛋白和麥谷蛋白，與小麥面粉的加工品質密切相關。研究麥谷蛋白的分子特征及其亞基功能，對優質亞基的利用與小麥品質改良具有重要意義。通過小麥近緣種屬的麥谷蛋白，人們可以方便地得到豐富的亞基變異類型，篩選出更多的有益基因。

中間偃麥草（Thinopyron intermedium，2n＝6X＝42，E_1E_1E_2E_2XX）是小麥的一個近緣種，含有大量可用于小麥品種選育的有益性狀。且中間偃麥草中存在不同于小麥的麥谷蛋白亞基，可以作為小麥品質育種的一個新的種質材料。以八倍體小偃麥為橋梁親本，可以方便、有效地將中間偃麥草中可用于小麥品質改良的優質基因轉移到普通小麥中，并有效避免了遠緣雜交不親和等育種難題，為在中間偃麥草中篩選、鑒定可用于小麥品質改良的優質基因奠定基礎。

通過對64 個高抗或免疫白粉病的小偃麥衍生品系進行SDS-PAGE 分析，結果表現出豐富多樣的遺傳變異類型，其HMW-GS組合類型以null，7＋8，2＋12 為主，并出現了大量5＋10，13＋16，14＋15，17＋18 等對小麥面粉品質改良有重大作用的優質亞基類型。尤其是人們公認的與面包烘烤品質關系最密切的優質亞基5＋10，在64 個供試材料中有14 個材料出現該亞基，占參試材料總數的22%。從本試驗供試材料中篩選出的含有HMW-GS 優質亞基的抗白粉病新品系可以為小麥優質專向育種研究提供大量有益的材料。

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