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144份CIMMYT小麦材料高分子量谷蛋白亚基组成分析

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l470 西南农业学报  ̄uthwest China Journal 0fA#cuhund Sciences 2015年28卷4期 Vo1.28 No.4 文章编号:1001—4829(2015)04—1470一o5 DOI:10.16213/j.cnki.8cj船.2015.04.013 144份CIMMYT小麦材料高分子量谷蛋白亚基组成分析 周 强 ,任 勇 ,2 ,陶 军 '2 ,欧俊 (1.I ̄tJII农业大学小麦研究所,I ̄tJ JI成都,杜小英2 ,李生荣2・¨,刘登才h 611130;2.绵阳市农业科学研究院,国家小麦改良中心绵阳分中心,四川绵阳 621023;3.农业部小麦水稻等作物遗传育种重点实验室,四川绵阳621023) 摘要:为发掘新的种质资源,利用SDS.PAGE方法对144份CIMMYT小麦材料的高分子量谷蛋白亚基(HMW-GS)进行了分析 结果表明:在供试材料检测出9种HWM-GS类型和14种亚基组合类型。Glu—A1位点具有1、2’与null(N)共3种类型,亚基 2’占优势,占55.56%;Gh.B1位点具有7+9、17+l8、7、7+8共4种类型,7+9为优势亚基,占59.72%;GIu-DI位点具有5+ l0、2+12这2种类型,5+10占优势,占79.86%。优势亚基组合类型为2’、7+9、5+10,占41.67%。14份材料的高分子谷蛋 自亚基品质评分变幅为4—10分,平均为8.54分。在优质亚基中,GIu-A1位点具有优质亚基(1和2’)的频率为86.8%;Glu・B1 位点具有优质亚基(7+8和17+18)的频率为3O.56%;Glu-D1位点具有优质亚基5+10的的频率为79.86%。本试验同时筛选 出一大批含优质亚基的育种资源材料。今后小麦品质育种中,还应加强对具有优质亚基2‘、17+18的利用。 关键词:小麦;CIMMY1';高分子量谷蛋白亚基 中图分类号:s512.1 文献标识码:A Analysis on Components of HMW-GS of 144・CIMMYT Wheat Materizls ZHOU Qiang ・ -一,BEN Yong 2.3,TAO Jun 2,3,0U Jun-mei -一,DU Xiao-yin ̄.一,u Sheng-ron82・¨,LIU Deng-cal¨ (1.Tfiticeae Research Institute,Sichuan Agricultural University,Sichuan Chengdu 611130,China;2.Mianyang Branch of National Wheat Improvement Center,MianyangInstitute ofAgricultural Sciences,SiehnanMianyang621023,China;3.KeyLaboratoryofWheat andRice Genetics and Breeding of Ministry of A ̄culture。Siehnan Minyaang 621023,Chia) nAbstract:In orderto explore now wheat germplaamforwheat qualiyt breeding,the igh・hmolecular-weight subunits(HMW-Gs)of144 CIM- MYT wheat materils awere n,adyked by SDS-PAGE.The results showed that 9 subunits and 14 subunits combinations within the 144 atmed・ lswerae detectd.Threeteypes(I,2’and nuII)were detected onGIu-A1 loci,and 2‘subunitw88themajortypewihfrtequency of55. 56%;Four type8(7+9,17+18,7 and7+8)were detectd on eGlu・BI loci,and7+9 subunlt warthe majortype withfrequency of59. 72%;Two typos(5+10 and2+12)weredetcteedon Glu—D1 loci。and5+10 subunlt椰themajortype wihftrequencyof79.86%.The dominant subunits combiatnion w88 2’,7+9,5+10 with frequency of41.67%.The qu8li竹scores ofthe 14 wheat materials were be- tween 4 and10 points,andthemesn qualiy StCOre哪8.54.Thefrequencies ofthe good subunits We 86.8%(1and 2’),30.56%(7 +8 and 17+18),79.86%(5+lO)。respectively.A large number ofbreeding resource atmerials wih good tualqiy twere also obtained in this study.Therefore,the utilization ofwheat geneticrescurceswith go0d subunits(2‘andl7+18)shouldbe strengthenedinfuturequail- y tbreeding pm ̄-am. Key words:heWat;CIMMYT;Hih-gmolecular-weihtg 8]utenin suhunits 小麦品质改良已成为小麦育种工作的重要方向 之一。小麦蛋白质的含量和质量决定着小麦的品 收稿日期:2014—08—05 质,其中蛋白质含量决定小麦的营养价值,蛋白质质 量决定小麦的加工品质…。小麦种子的贮藏蛋白 主要包括清蛋白、球蛋白、麦醇溶蛋白(gliadin)和麦 谷蛋白(glutenin)4类。其中,麦醇溶蛋白和麦谷蛋 白是形成面筋的主要成分,也是影响小麦加工品质 的主要因素,麦谷蛋白决定面团的强度和弹性,醇溶 基金项目:现代农业产业技术体系建设专项资金(CABS@3);四 川省“十二五”育种攻关资助项目(2O1IYZGG ̄);国家现代农 业产业技术体系四川省麦类创新团队项目资助 作者简介:周强(1973一),男,重庆人,在读博士,高级农艺 师,主要从事小麦遗传育种研究,E-mail:zqI叫)oo0@163.com, ・为通讯作者:刘登才(1970一),男,重庆人,博士,研究员,主 要从事麦类遗传育种,E—mail:dcliu7@yahoo.corn,李生荣(1952 一蛋白主要决定面团的延伸性。根据分子量的不同, 麦谷蛋白又分为高分子量谷蛋白亚基(h molecu. 1ar weight glutenin subunit,HMW—CS)和低分子量谷 ),男,四川绵阳人,研究员,主要从事小麦育种研究,E—mail: lishr2Ooo@163.corn。 4期 周强等:144份CIMMYT小麦材料高分子量谷蛋白亚基组成分析 蛋白亚基(1ow moleeular weight glutenin subunit. 的HMW—GS进行分析,了解其品质遗传基础,以期 LMW—GS)。HMW—GS的种类和数量与小麦品种的 对四川省小麦品质改良提供理论参考。 加工品质密切相关,可以说明小麦品质变异的55% 67%[1材料与方法 一21。HMW—GS组成已成为亲本选配和杂交 后代选择的重要依据,通过培育聚合优质HMW—GS 1.1实验材料 组成的小麦新品种已成为品质改良的重要途径 】。 来自国际玉米小麦改良中心(CIMMYT)的144 国际玉米小麦改良中心(CIMMYT)是世界上最 份高降雨量地区小麦材料(16HRWYT、19HRWSN、 大的玉米、小麦育种机构。CIMMYT小麦种质在中 23HRWSN),对照品种为中国春(HMW—GS:N,7+ 国西部地区适应性好,表现出早熟、抗倒、抗锈、丰产 8,2+12)与J『1育12(HMW-GS:1,7+8,5+10)。以 和优质的特点。自2O世纪7O年代以来,CIMMYT 上材料分别由国际玉米小麦改良中心驻中国办事处 小麦种质已被四J ZI、云南、甘肃、等地研究机构 主任何中虎研究员和四川农业大学小麦研究所提 引进直接利用或改造利用,四J JI省农科院等单位利 供。 用CIMMYT小麦种质已经培育了川麦36、JtI麦42 1.2试验方法 和川麦43等多个高产、抗病、优质的小麦品种【4】。 小麦籽粒高分子量谷蛋白亚基(HMW-GS)的 有许多学者研究了CIMMYT种质对四川小麦品种 SDS—PAGE电泳分析参照刘广田(1988) 】电泳实验 的贡献。李光蓉 等对源于CIMMYT的优质小麦 方法稍加改进进行。分离胶丙烯酰胺浓度10%,浓 资源在四川小麦品质育种中的利用进行了评价,张 缩胶浓度3%。 勇【o 等对CIMMYT种质对四川、云南、甘肃和 1.3麦谷蛋白亚基命名及评分 高分子量谷蛋白亚基的命名按Payne等H0J的 春性小麦产量遗传增益的贡献进行了研究。李惠 君 等对CIMMYT材料在四川的遗传多样性进行 命名系统进行,品质评分按Payne(1987)的评分标 准u。]进行。 了分析。 四JiI小麦生产上推广的许多品种其品质较差, 2结果与分析 部分原因归咎于四川小麦生长期的不利气候条件带 2.1高分子量谷蛋白亚基类型 来的影响,但更主要的原因是长期以来在小麦育种 在14份材料检测出9种亚基类型(图1、 中对品质的注重不够,造成小麦种质资源中优质基 表1)。根据Payne的命名标准,Glu—A1位点具有3 因的频率偏低 j。优质小麦品种绵阳11、川育12、 种类型,亚基2’占优势(占55.56%),亚基l与 川农麦l号等的育种实践也证明了,优质种质资源 null(N)亚基分别占31.25%和l3.19%。Glu—B1 的引进与利用,对小麦的品质改良至关重要 J。为 位点具有4种类型,7+9为优势亚基(占59.72 进一步加强四川省小麦品质改良工作,发掘新的优 %),其次为亚基17+l8(占27.78%),14份材料 质资源,本文利用十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺凝胶 含有亚基7(占9.72%),只有4份材料含7+8亚 电泳技术(SDS—PAGE)对144份CIMMYT小麦材料 基,仅占2.78%。Glu—D1位点具有2种类型,亚基 表1高分子置谷蛋白亚基类型及分布 Table 1 HWM-GS type and distribution 4期 周强等t 144份CIMMYT小麦材料高分子量谷蛋白亚基组成分析 1473 有优质亚基(7+8和l7+18)的有44份,占30.56 %;Glu—D1位点具有优质亚基5+1O的有115份, 占79.86%。可见,CIMMYT材料在Glu—A1和Glu— 方品种的4%到现在的5O%左右,呈上升趋势; Glu—B1位点7+8亚基出现频率则从地方品种的94 %到57.5%左右,再到27%,呈下降趋势;Glu—D1 Dl位点具有较高的优质亚基频率,而在Glu—B1位 点优质亚基频率较低。 从表2可看出,在3个位点都具有优质亚基(1 或2’,7+8或17+18,5+10)、品质评分为10分的 材料有30份,占20.83%;3个位点中2个位点具 有优质亚基、品质评分为8分或9分的材料有92 份,占63.89%。具有3个优质亚基中的2个或3 位点5+10亚基出现频率则从地方品种的2%到育 成品种的30%至5O%,呈明显上升趋势。育成品 种的HMW—GS的品质评分从7.6分到7.37分,再 到6.9分,略有下降。本文研究的144份CIMMYT 小麦材料的品质评分平均为8.54分,高于四JlltJ,,麦 品种(系)的品质评分。在优质亚基出现频率方面, CIMMYT小麦材料亚基l出现的频率为31.25%, 个、品质评分为8分以上的材料一共有122份,占 84.72%。 3讨论 在本试验144份CIMMYT小麦材料中,共检测 出9种HWM—GS类型和l4种亚基组合类型。在 Glu—A1位点,亚基2’占优势(占55.56%);Glu—B1 位点,7+9为优势亚基,占59.72%;Glu—D1位点, 亚基5+10占优势,占79.86%。优势亚基组合类 型为2‘、7+9、5+lO,占41.67%。144份材料的高 分子谷蛋白亚基品质评分平均为8.54分。Glu.A1 位点具有优质亚基(1和2‘)的频率为86.8%;Glu— B1位点具有优质亚基(7+8和17+18)的频率为 30.56%;Glu・D1位点具有优质亚基5+10的的频 率为79.86%。这充分地说明这些CIMMYT小麦 材料具有较高频率的优质亚基,其品质的遗传基础 十分优良。本研究结果与李光蓉 J、隋新霞¨引、李 惠君 等人的研究结果一致。 刘悦等u 对四川地方品种的研究表明,Glu—A1 位点上1亚基出现的频率为4%,Glu-B1位点上亚 基7+8出现的频率高达94%,Glu—D1位点上5+ 1O亚基出现频率仅为2%;等 副对四川省 建国50年来推广的主栽小麦品种进行了研究,Glu— A1位点1亚基占52.5%,Glu—B1位点7+8亚基占 57.5%,Glu—D1位点5+10亚基占3O%,HMW—GS 最终品质得分平均7.6分。晏本菊等¨6J研究四川 小麦区试新品系(种)的HMW・GS组成,Glu-A1位 点上的亚基1和2’共占41.3%;Glu—B1位点亚基 7+8占58。7%;Glu-D1位点5+10亚基占5O%; Glu-1基因座的品质评分平均为7.37分。杨恩年 等m 对四川省“十五”期间育成的44个小麦品种的 分析表明,Glu—A1位点1亚基占50%,Glu—B1位点 7+8亚基占27%,17+l8亚基占5%,Glu—D1位 点5+10亚基占48%,HMW—GS最终品质得分平均 6.9分。可见,在四JII4 ̄麦品种选育进程中,高分子 谷蛋白亚基Glu—A1位点上l亚基的出现频率从地 高于四川小麦地方品种1亚基出现的频率(4%), 低于四川现代小麦品种(系)1亚基出现的平均频 率,但由于极高频率(55.56%)的2 亚基的出现, 所以在Glu.A1位点优质亚基(1和2。)出现的频率, CIMMYT小麦材料(86.8%)明显地高于四川小麦 品种(系)(41.3%一52.5%)。在Glu—B1位点, CIMMYT小麦材料优质亚基(7+8和l7+18)出现 的频率为3O.56%,低于四川小麦品种(系)的32 %一58.7%。在Glu.D1位点,CIMMYT小麦材料 亚基5+10出现的频率为79.86%,远高于四川小 麦品种5+1O出现的频率(3O%一5O%)。可见, 与四川小麦品种相比,CIMMYT小麦材料在Glu-A1 和Glu—D1位点优质亚基出现的频率较高,而在Glu— Bl位点优质亚基出现的频率偏低。因此,在四川小 麦品质育种实践中,要加强引进和利用具有优质亚 基的种质资源,在继续选择7+8、5+10优质亚基的 同时,要重点加强对CIMMYT小麦材料Glu—A1位点 2’优质亚基和Glu—B1位点优质亚基17+18的利 用。 何中虎¨ 研究了中国10个小麦带共205个小 麦品种和高代系的HMW GS组成,品种HMW—GS 的品质评分平均为6.7分。Glu—A1位点的1亚基 出现频率为37.1%,Glu—B1位点的7+8亚基出现 频率为37.1%,20亚基出现频率为10.7%,Glu- Dl位点的5+l0亚基出现频率为16.8%。刘风云 等【19J对我国部分优质强筋小麦品种的HMW—GS组 成进行的研究表明,在1A位点上1亚基出现的频 率高达71.4%,亚基7+8的出现频率为4O.8%, 在1D位点上,优质亚基5+10出现频率为53.2 %,HMW—GS平均品质得分为8.04分。可见,与中 国小麦品种平均水平相比,CIMMYT小麦材料在 Glu—A1和Glu—D1位点优质亚基出现的频率较高, 而在Glu—B1位点优质亚基出现的频率偏低,HMW- GS品质评分也高;与中国强筋小麦品种相比,也有 同样的规律。 在这144份CIMMYT小麦材料中,在3个位点 1474 西南农业拳报 28卷 都具有优质亚基(1或2’,7+8或17+18,5+lO)、 【7】李惠君.ClMMYT高雨量地区小麦种质资源遗传多样性分析 品质评分为1O分的频率为2O.83%;3个位点中2 个位点具有优质亚基、品质评分为8分或9分的频 率为63.89%;具有3个优质亚基中的2个或3个、 品质评分为8分以上频率为84.72%。通过我们的 试验,也筛选出16HRWYT-50(2’,7+8,5+l0)、 16HR 哪’.69(1,7+9,5+1O)、19HRⅥrSN一116(2’, 7+9,5+l0)、23HRWSiN-2005(1,17+18,5+1O)、 [D].雅安:四川农业大学,0120. 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