晉麥92號低分子麥谷蛋白亞基Glu-A3基因鑒定

姬虎太，王 敏，曹 勇，馬小飛，姜蘭芳，郝建宇，張定一，李曉麗

(山西省農業科學院 小麥研究所，山西 臨汾 041000)

小麥籽粒蛋白主要由麥谷蛋白、醇溶蛋白、清蛋白和球蛋白組成，其中麥谷蛋白是影響面團粘彈性的主要因素。根據十二烷基磺酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳(SDS-PAGE)遷移率，將麥谷蛋白分為高分子量谷蛋白亞基(high-molecular-weight glutenin subunit,HMW-GS)和低分子量谷蛋白亞基(low-molecular- weight glutenin subunit, LMW-GS)；其中LMW-GS約占麥谷蛋白總含量的75%左右。研究發現，LMW-GS對面團延展性、面團韌性，谷蛋白大聚體的形成，面粉蒸煮品質、烘烤品質等都具有重要影響[1～4]；LMW-GS能增加面團筋度、改善烘烤品質[5]，可以解釋面團主要參數的30%～60%的變異[6]，對品質性狀改良具有重要作用。

LMW-GS基因定位于第一同源染色體的短臂上，即Glu-A3、Glu-B3和Glu-D3位點，每個位點編碼5～10個LMW-GS基因[7]。由于LMW-GS基因數目多且組成復雜，因此開發相應的分子標記，對深入研究小麥LMW-GS研究具有重要意義[9]。目前為止，己經研發出了一些LMW-GS基因的功能標記，Wang等[10, 11]對Glu-A3和Glu-B3位點的基因進行鑒定，開發出特異的STS標記，為LMW-GS用于育種提供了簡便、可靠的檢測工具。近年來，更多的學者把改善小麥品質性狀的育種途徑轉移到LMW-GS研究領域[12, 13]，為小麥品質遺傳改良提供了新的思路與方法。

筆者研究旨在通過STS分子標記檢測強筋小麥品種晉麥92號及其親本品種/系(晉麥33、臨優6148)在Glu-A3位點基因類型，從分子水平分析晉麥92號強筋品質來源以及在改善小麥品質的潛在價值，為合理利用強筋小麥種質資源，加速優質專用強筋小麥品種選育，提高小麥加工品質提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

晉麥92號、臨優6148與晉麥33來源于山西省農業科學院小麥研究所；對照品種中國春來源于西北農林科技大學。

1.2 試驗方法

1.2.1 基因組DNA提取 采用CTAB法提取基因組DNA。利用紫外分光光度計檢測DNA濃度，稀釋至終濃度100 ng·uL-1。

1.2.2 STS標記檢測 主要有:

(1)引物合成。根據王林海等[14]的研究設計LMW-GS基因Glu-A3位點的特異性引物(表1)，由北京金瑞斯生物技術有限公司合成。

(2)PCR擴增體系及程序。主要有:

A.PCR反應體系為20 uL，包括2×T5 Super PCR Mix(北京擎科新業生物技術有限公司)，每條引物10 pmol，模板DNA100 ng。

B.PCR擴增條件：Glu-A3a為98℃預變性3 min；98℃變性35 s，63℃退火35 s，72℃延伸90 s，15個循環；98℃變性35 s，59℃退火35 s，72℃延伸90 s，20個循環；72℃延伸5 min。Glu-A3b、ac、d、e、f和g為98℃預變性3 min；98℃變性35 s，59℃～63.5℃退火35 s，72℃延伸 90 s，37個循環；72℃延伸5 min。

(3)瓊脂糖凝膠電泳。使用1.5%的瓊脂糖凝膠電泳對PCR產物進行檢測，緩沖液體系為1×TBE溶液，120V電壓電泳60 min，GeneGreen核酸染料(天根生化科技北京有限公司)染色，凝膠成像系統(Bio-Rad)觀察、照相。

表1 Glu-A3位點等位變異特異引物

2 結果與分析

利用GluA3位點的7對特異性引物對晉麥92號、親本品種/系(晉麥33、臨優6148)和對照品種中國春的基因組DNA進行STS分子標記檢測，有2對引物即Glu-A3aF/R、Glu-A3acF/R擴增出特異片段(圖1、圖2)。對照品種中國春擴增出573bp和596bp大小的目的條帶；晉麥92、臨優6148號僅擴增出573bp目的條帶，未擴增出596bp目的條帶；晉麥33未擴增出目的條帶；說明晉麥92號和臨優6148含有Glu-A3c基因。

3 結論與討論

長期以來，我國的小麥育種工作是以提高產量和改良抗病性為主，對品質的改良不夠重視[15]。隨著生活水平提高和膳食結構改變，面包類食品需求量快速增長，專用強筋小麥的供需差距較大，嚴重依賴于進口[16]。因此，加強優質專用強筋小麥品種選育、推廣及生產，對促進小麥供給側改革、保證國家糧食安全、提高群眾生活水平具有重要意義。晉麥92號是山西省農業科學院小麥研究所選育的強筋小麥品種，選自親本組合臨優6148/晉麥33號，綜合性狀良好，其優質強筋性狀與臨優6148有關，高產抗旱性狀與晉麥33號有關。2012年經農業部谷物品質檢驗測試中心測定，其綜合指標超過國家一等強筋小麥品質指標。因此，晉麥92號可以作為強筋小麥種質資源，在改善小麥品質育種中提供價值。

隨著LMW-GS基因序列的克隆，Glu-A3和Glu-B3位點上相應的特異性分子標記已經開發[10, 11]，為LMW-GS等位變異的分子標記鑒定提供了基礎。采用Wang[10]等開發出的Glu-A3位點特異引物，可以準確、快速地鑒定Glu-A3位點的變異類型，提高LMW-GS位點等位變異分子標記輔助選擇的效率。LMW-GS各位點內的不同等位基因對品質效應的影響差異較大，Gupta[8]等認為Glu-A3位點各等位基因對面筋強度貢獻為Glu-A3b>Glu-A3c > Glu-A3e。本研究結果表明晉麥92號含有Glu-A3c等位變異，由于Glu-A3c可影響小麥面筋強度，因此初步判斷晉麥92號的強筋品質性狀由Glu-A3c基因所決定。LMW-GS在Glu-A3、Glu-B3和Glu-D3所編碼的亞基間存在加性效應，在下一步的研究中需增加對晉麥92號Glu-B3位點等位基因的研究及分析。