小麥-長穗偃麥草滲入系HMW-GS組成及等位變異分析

王凌云，武宗信，賈舉慶，張曉軍，李 欣，任文斌

（1.山西省農業科學院棉花研究所，山西 運城 044000；2.山西農業大學農學院，山西 太谷 030801；3.山西省農業科學院作物科學研究所，作物遺傳與分子改良山西省重點實驗室，山西 太原 030031）

高分子量麥谷蛋白亞基（HMW-GS）是小麥及其近緣物種種子中重要的貯藏蛋白，在面團黏彈性性能方面起著重要作用[1]。HMW-GS由位于第一染色體組群長臂上的Glu-1位點編碼，每個基因座由2個緊密連鎖的基因組成，分別為編碼分子量較高的x-型亞基和分子量較低的y-型亞基[2-3]。Glu-1位點的等位基因對小麥品質的影響有所不同，如對面包制作影響方面，Glu-1D的復等位基因5＋10被認為優于2＋12[4]，Glu-1A上的復等位基因1和2*，優于N等位基因，Glu-1B上的復等位基因7＋8，17＋18和13＋16優于其他等位基因類型[2]。雖然等位基因的類型對小麥的一些品質造成影響，但由于大多數的等位基因在六倍體小麥的變異中是中性的，所以，它們的功能差異并不大[5]，因此，對從小麥近緣物種中篩選優質亞基對于小麥的品質改良非常重要。

小麥近緣物種染色體第一同源群上的HMW-GS的同源基因陸續被發現，如小黑麥中的Glu-R1、大麥中的Glu-Hch1和簇毛麥中的Glu-V1[6]。長穗偃麥草（Agropyron elongatum）是小麥族重要的物種，其部分編碼HMW-GS的基因也被克隆到，一些亞基類型對面包制作起到積極影響[5，7-8]。因此，繼續從小麥近緣物種中發現新的優質亞基對于提高小麥品質、改良小麥具有重要意義。

本研究中的98份材料均為來源于小麥-長穗偃麥草滲入系，前期對其白粉及條銹病抗性進行鑒定，均為高抗或免疫型。本研究對小麥-長穗偃麥草滲入系HMW-GS進行分析，以期發現新的等位變異及優質亞基組合，為小麥抗病、優質新品種選育提供材料與依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

試驗材料為普通小麥與八倍體小偃麥7430雜交/回交后選擇的高代品系，2012—2017年分別連續在四川省成都市和山西省太原市進行抗條銹病與白粉病鑒定篩選，共獲得98份兼抗條銹病與白粉病的小偃麥滲入系新品系。八倍體小偃麥7430為源于十倍體長穗偃麥草與普通小麥雜交的部分雙二倍體。對照材料選用普通小麥中國春。

1.2 試驗方法

蛋白的提取及SDS-PAGE參考張麗等[9]的方法進行。將供試98份材料，取單顆籽粒，從無胚端切取半粒，搗碎后置于1.5 mL離心管中提取HMW-GS。中國春、7430取整顆籽粒提取HMW-GS。提取后的HMW-GS進行SDS-PAGE。

1.3 亞基命名和評分

HMW-GS的命名參照PAYNE等[10]的命名系統，品質的評分是根據PAYNE等[2]的依據給出（評分標準如表1所示），即等位基因的品質評分按1（劣質）至4（優質）給出，總的品質的分數是將各個亞基品質分數相加而來。

表1 高分子量麥谷蛋白亞基變異位點及品質得分

1.4 統計分析

利用Nei函數對每個位點上的遺傳多樣性進行分析，其中，H和Pi分別為遺傳變異函數和等位基因出現的頻率數。

2 結果與分析

2.1 小麥-長穗偃麥草滲入系中Glu-1位點的等位變異

通過對小麥-長穗偃麥草滲入系供試材料中的等位基因的類型研究發現，這些滲入系中HMW-GS基因的等位變異及亞基組成類型比較豐富（圖1）。在98份小偃麥滲入系中，共發現13種不同的等位基因。在Glu-A1位點上有3種亞基類型出現，分別為1，2*和N，它們分別由Glu-A1，Glu-A1和Glu-A1這3個等位基因編碼，其中，N型亞基在所檢測材料中出現的頻率最高，達到57.14%，其次為2*型亞基（29.59%），1型亞基所占比例最低，為13.27%。在Glu-B1位點上，發現6種等位變異，其中，出現頻率最高的是編碼7＋9型亞基的為53.06%，其次是編碼17＋18型亞基的為28.57%，編碼7＋8型亞基的為11.22%，編碼14＋15型亞基的為5.10%，編碼13＋16型及7型的出現頻率最低，二者都為1.02%。在Glu-D1位點上，亞基類型2＋12出現頻率最高，為66.33%，5＋10亞基出現頻率為20.41%，2＋10亞基出現頻率為12.24%（表 2）。

對Glu-1遺傳變異率（表2）分析來看，Glu-D1（0.5033）略小于 Glu-A1（0.5683）和 Glu-B1（0.6214），這與Glu-D1等位變異類型相對少（小于Glu-B1位點的6種），而2＋12在后代中出現的頻率又高（66.33%）有關。

2.2 小麥-長穗偃麥草滲入系中亞基組合及品質評分

從獨立的各個亞基對品質的貢獻（表2）來看，Glu-A1位點上優質亞基所占比例略低于劣質亞基，1和2*型亞基與N型亞基的比為43.86∶57.14；Glu-B1位點上的情況與Glu-A1位點上類似，但也高頻率的出現了17＋18型的優質亞基。Glu-D1位點上，從能夠賦分的亞基組合（5＋12亞基沒有分值）來看，雖然優質亞基出現頻率低于劣質亞基總和，但國際上公認的5＋10型優質亞基所出現的頻率并不低（20.41%），僅次于2＋12類型（66.33%）。

表2 小麥-長穗偃麥草滲入系的HMW-GS等位變異及頻率

表3 小麥-長穗偃麥草滲入系的HMW-GS組成及品質評分

從各亞基的組合（表3）來看，在98份滲入系材料中，3個基因位點上的等位基因共出現了22種組合。從組合出現的頻率看，N，9＋7，2＋12組合出現的頻率最高，為 28.57%，其次為 2*，17＋18，2＋12組合，頻率為15.31%。有6個組合，即1，13＋16，5＋10；2*，14＋15，5＋10；1，7＋9，5＋10；1，17＋18，2＋12；2*，7＋8，5＋12；N，7，2＋12，出現頻率最低，都為1.02%。從組合后的品質看，品質達到10分的材料有11份，頻率為11.1%，其中在這11份材料中Glu-D1上的5＋10型亞基對此貢獻最大，出現頻率為100%。品質為8～10分的材料有31份，頻率達到31.5%。品質不高（≤5分）的亞基組合占所測群體的1/3（34.7%）左右，這些材料中Glu-A1位點編碼N型亞基，Glu-D1位點編碼2＋10或2＋12亞基。

3 討論

明確小麥品種/系中的HMW-GS組成，發現新的HMW-GS等位變異對于提高小麥加工品質非常重要。本研究中，在Glu-A1位點發現了3個等位變異，其中，N型亞基在所測材料中出現的頻率最高，超過了1和2*型亞基的總和，這與中國小麥品種中Glu-A1位點以1和N型為主的狀況一致[12]。但在本研究中2*型亞基出現頻率高于1型亞基，其可能與親本組合中以2*型亞基為主有關，這對于提高品質有所幫助。在Glu-B1位點發現了多個優質亞基類型，如 14＋15，7＋8，13＋16和 17＋18，總出現頻率接近50%，劣質亞基7型出現頻率只有1.02%，這些都為高頻率出現高品質亞基組合提供了可能。Glu-D1位點上，國際上公認的高品質亞基5＋10出現頻率達到20.41%，排第2位。此外，還出現了亞基5＋12，出現頻率與其在中國小麥中出現頻率相近，都較低（1%左右）[12]，但其目前被認為比5＋10亞基更優[13]。從亞基組合上看，高分值（≥9）的亞基組合為1/2*，7＋8/14＋15/17＋18/13＋16，5＋10組合，共有15份材料，這為選育高品質品種提供了種質資源。

小麥的野生近緣種屬植物含有豐富的HMW-GS 等位基因[14-18]，在中間偃麥草[6，19-20]和長穗偃麥草[5，7-8]中也發現了多個HMW-GS等位基因。但是本研究中并沒有發現新的等位基因，這可能與群體規模小有關，因此，新的等位基因的發掘工作有待于繼續開展。偃麥草中蘊含豐富的抗病基因，經過前期的抗病性調查，本研究中的98份材料對小麥條銹病和白粉病都具有優良的抗性，結合本研究的結果，可以從中選育優質抗病的小麥種質資源，此外還可對篩選出的優質種質資源進行抗逆性評價，篩選抗逆的優質資源，為小麥抗逆和抗病育種服務。

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