醇溶蛋白電泳技術在小麥品種聚類分析中的應用

楊娜，王衛東，席吉龍，王克功

（1.山西省農業科學院棉花研究所，山西運城044000；2.西北農林科技大學研究生院，陜西楊凌712100；3.山西省農業科學院小麥研究所，山西臨汾041000）

醇溶蛋白電泳技術在小麥品種聚類分析中的應用

楊娜1，王衛東2，席吉龍1，王克功3

（1.山西省農業科學院棉花研究所，山西運城044000；2.西北農林科技大學研究生院，陜西楊凌712100；3.山西省農業科學院小麥研究所，山西臨汾041000）

為了揭示小麥品種（系）間親緣關系的遠近，給小麥品種選育提供理論依據，以14個小麥品種（系）為材料，采用酸性聚丙烯酰胺凝膠電泳技術對醇溶蛋白譜帶進行分離，并利用NTSYS軟件對其進行聚類分析。結果表明，14個小麥品種（系）共獲得遷移率不同的譜帶94條，其中，第7條譜帶出現的頻率最高，為71.43%；供試材料的相似系數在0.57～0.85，其中，晉麥54和臨旱6號的相似系數最高，表明在14個品種（系）中，這2個品種的親緣關系最近。

小麥；醇溶蛋白；凝膠電泳；聚類分析

小麥是我國乃至世界上最主要的糧食作物之一，其種植面積僅次于水稻[1]。過去幾十年，我國小麥育種研究主要強調了高產和穩產2個方面[2]，而忽視了品質改良，致使我國的品質改良工作遠落后于歐美國家。近年來，隨著人們膳食結構的改善和對膳食要求的提高，小麥品質受到越來越高的重視。在我國北方，人們生活所需的40%以上蛋白質由小麥提供，因此，籽粒的蛋白質含量和質量對人們的膳食結構有著直接影響[3]。

醇溶蛋白含量在成熟種子總蛋白中約占45%左右，是小麥種子的主要貯藏蛋白之一[4]，小麥面團的黏性與其含量和組成有關[5]。研究表明，醇溶蛋白在不同小麥品種間差別很大，小麥品種間的醇溶蛋白電泳圖譜各不相同，沒有完全相同的醇溶蛋白譜帶組合，這種表現與環境無關，完全取決于遺傳，可稱作品種的“指紋”[6]。目前，醇溶蛋白分析已被廣泛應用于各方面研究，如品種的鑒定、親緣關系比較和遺傳多樣性研究等[7-8]。不同醇溶蛋白位點間隨機組合使其在不同小麥品種間存在著明顯的差異，顯示出品種間高水平的多態性[9]，因此，利用醇溶蛋白信息進行遺傳分析，可顯著提高小麥育種工作成效和內在品質。

本研究采用酸性聚丙烯酰胺凝膠電泳（APAGE）方法對14個小麥品種（系）的醇溶蛋白進行分析，以便為后續小麥育種選擇優質親本和種質資源高效利用提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 材料

本研究共選用14份晉南麥區曾經或正在使用的耐旱小麥品種（系）（表1）作為供試材料。

表1 供試材料及其醇溶蛋白帶數統計

1.2 方法

1.2.1 麥醇溶蛋白的提取每個小麥品種（系）取1粒種子，從中間橫切，帶胚的半部分編號保存，不帶胚的半部分放入1.5 mL的離心管中。每個離心管加入100 μL提取液，在振蕩器上振蕩，浸提過夜，然后5 500 r/min離心15 min，上清液即為所需醇溶蛋白的提取液。

1.2.2 麥醇溶蛋白電泳

1.2.2.1 溶液配制其主要參考文獻[10]的方法進行。

1.2.2.2 加樣和電泳電泳槽內外加入適量的電極緩沖液，每個樣品槽加樣25 μL，在200 V下先進行預電泳，待指示劑前沿處于同一直線時調節電壓至260 V，具體電泳時間依指示劑的遷移快慢而定。

1.2.2.3 染色與照相電泳結束后，將膠板取下并用蒸餾水沖洗干凈，浸入染色液中過夜。染色后的膠板用清水沖洗干凈后拍照進行數據分析，或保存在7%的冰醋酸中。

1.3 數據處理

麥醇溶蛋白譜帶的識別和比較通過凝膠成像與分析系統進行（電泳譜帶按同一遷移率電泳條帶的有無進行記錄，同一遷移率下有帶為1，無帶為0），用Nei[11]的方法計算14個品種（系）間的遺傳相似系數（GS，genetic similarity）。利用NTSYS軟件對譜帶進行聚類分析。

2 結果與分析

2.1 醇溶蛋白譜帶分析

由A-PAGE電泳結果可以看出，14個品種（系）的麥醇溶蛋白譜帶表現出明顯的差異性（圖1，2）。14份材料的帶數統計結果如表1所示，電泳譜帶如圖1所示，不同譜帶在品種（系）中出現的頻率列于表2。

14個小麥品種（系）的醇溶蛋白經A-PAGE共分離出94條遷移率不同的蛋白條帶，每個品種都有各自獨特的醇溶譜帶組合，沒有發現醇溶蛋白電泳譜帶完全相同的品種（系）。14個材料的醇溶蛋白譜帶數都在21～32條，以21～25條居多。其中，以9428和臨旱536這2個品種的譜帶數最多，均為32條；而臨旱6號和超級矮8號最少，各21條。從每條譜帶在所有材料中出現的頻率來看，總的變異范圍為7.14%～71.43%，其中，編號為7，12，16的蛋白條帶在檢測品種中出現的頻率較高，分別為71.43%，64.29%，64.29%，說明其多態性較低。此外，不同品種（系）間相同遷移率譜帶的著色深淺有一定差別，說明其表達強度在品種（系）間有所不同。

2.2 遺傳相似性分析

14個供試材料的遺傳相似系數（GS）變化范圍在0.57～0.85，所有數值中沒有任意2個品種（系）間遺傳相似系數為1，說明14份材料間的遺傳多樣性較高。晉麥54和臨旱6號的相似系數最高，為0.85，說明其親緣關系較近。

表2 各個譜帶在供試材料中出現的頻率

2.3 聚類分析

本研究使用NTSYS軟件以品種間醇溶蛋白譜帶的相似系數作為遺傳距離，對14個品種（系）進行聚類分析，結果如圖3所示。14份材料在相似系數為0.64時聚為四大類，相似系數為0.57時聚為一類。第1類僅1個品種9428。第2類包含5個品種，它們又被劃分為2個亞類：第1亞類包含369、晉麥70、臨旱536和晉麥47等4個品種（系），有4條共同的譜帶，進一步又可將這4個品種（系）分為兩類，一類含有晉麥70和晉麥47，另一類則包含369和臨旱536，通過相似系數的比較可知，晉麥70和晉麥47的親緣關系比369和臨旱536的更近；第2亞類僅含一個材料晉太65。第3類共有6個品種（系），它們又可分為2個亞類：第1亞類包括煙農19、晉麥54、臨旱6號、超級矮8號這4個小麥材料，第2亞類包括晉麥57、冀麥21。第4類共有2個品種，為中優9507和晉太170。

3 討論

醇溶蛋白電泳技術具有操作方便、重復性好等優點，目前已被《農作物種子檢驗規程》采用[12]，同時也適用于種子純度的鑒定[13]和優勢親本的選擇。

從遺傳關系上講，同組內品種間的遺傳距離較小，不同組的品種間遺傳距離較大[14]，這對于雜交育種和選擇優勢親本具有重要意義。本研究通過對14份小麥材料的醇溶蛋白譜帶進行分析，共檢測出94條遷移率不同的譜帶，顯示出小麥品種（系）在醇溶蛋白基因位點上表達的差異性。聚類分析可將品種（系）進行分類，在相似系數為0.57時全部聚為一類，相似系數為0.64時可聚為四大類，直觀地反映出14個小麥品種親緣關系的遠近。以上數據為利用這些小麥品種（系）進行品質育種和親本選擇提供了理論依據。牛吉山等[15]研究認為，小麥醇溶蛋白在一定程度上能反映種質間的親緣關系，但由于醇溶蛋白能反映的基因位點的差異較少，只有第1，6部分同源群染色體上的少數幾個位點[16]，其結果不能準確反映對整個基因組的多態性[17]，麥谷蛋白的組成和含量對小麥的品質也有重要影響。因此，在實際育種工作中，應將麥醇溶蛋白和麥谷蛋白的數據結合[18-19]，加強醇溶蛋白與麥谷蛋白亞基對品質性狀的相關性分析[20]，同時參考其農藝性狀的差別，才能更好地服務于育種工程。

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Application of Gliadin Electrophoregrams in Cluster Analysis of Wheat Varieties

YANGNa1，WANGWei-dong2，XI Ji-long1，WANGKe-gong3
（1.Institute ofCotton，Shanxi AcademyofAgricultural Sciences，Yuncheng044000，China；2.College ofGraduate，North West Agriculture and ForestryUniversity，Yangling712100，China；3.Institute ofWheat，Shanxi AcademyofAgricultural Sciences，Linfen 041000，China）

This studyused 14 kinds ofwheat as materials toresearch the gliadin on the basis oftechnique ofthe polyacrylamide gel electrophoresis and cluster analysis and classifies 14 wheat successfully.The results showed that 14 kinds of wheat had 94 gliadin bands with different relative mobility by electrophoresis.Band No.7 had the highest present frequencies of 71.43%.The similarity coefficient of the tested materials was ranging from 0.57 to 0.85.The highest similarity coefficient was Jinmai 54 and Linhan 6,which showed that two varieties were the closest relative in these 14 varieties.

wheat;gliadin;gel electrophoresis;cluster analysis

S512.1

A

1002-2481（2016）04-0436-04

10.3969/j.issn.1002-2481.2016.04.03

2015-11-30

國家科技支撐計劃課題（2015BAD22B03）

楊娜（1988-），女，山西萬榮人，研究實習員，主要從事作物抗逆栽培技術研究工作。