山羊草籽粒硬度分子機(jī)制的研究.pdf

1、小麥籽粒硬度是小麥的重要表型性狀之一，它直接影響小麥的磨粉品質(zhì)和烘烤品質(zhì)，是決定小麥品質(zhì)優(yōu)劣、最終用途和小麥國(guó)際貿(mào)易的重要指標(biāo)之一。位于小麥染色體5D短臂上的Ha（hardness）位點(diǎn)包含控制籽粒硬度的主效基因。它編碼的小麥Friabilin蛋白位于淀粉粒和蛋白基質(zhì)表面，是小麥籽粒硬度的生化標(biāo)記。Friabilin蛋白主要包括小麥吲哚蛋白Puroindoline（Pins，包括PinA和PinB）和籽粒軟質(zhì)蛋白GSP（grainsof

2、tnessprotein）。其中Pin蛋白是一種非粘性蛋白，通過(guò)其色氨酸結(jié)構(gòu)域，與淀粉表面結(jié)合，改變淀粉粒和蛋白基質(zhì)的連接，從而影響籽粒硬度?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)Pina和Pinb基因的多個(gè)突變體，不同類型的突變對(duì)籽粒硬度具有不同影響，特別是色氨酸結(jié)構(gòu)域的突變，導(dǎo)致籽粒硬度的顯著變化。本研究以小麥的近緣野生物種山羊草Aegilops為材料，對(duì)其進(jìn)行Pina、Pinb和GSP基因的分子生物學(xué)研究，旨在發(fā)現(xiàn)新的等位基因，豐富麥屬植物遺傳資源庫(kù)。通過(guò)基因

3、克隆和序列測(cè)定，證明在10種包括C、D、M、S、U基因組的二倍體、四倍體和六倍體山羊草材料中均存在三類基因，共發(fā)現(xiàn)7個(gè)新型Pina等位基因、9個(gè)新型Pinb等位基因和5個(gè)新型GSP等位基因，每個(gè)新型等位基因都包含兩個(gè)以上突變位點(diǎn)。新型Pin等位基因編碼的蛋白和六倍體面包小麥的Pin蛋白有較高的同源性，都具有麥類作物Pin蛋白所特有的色氨酸結(jié)構(gòu)域和10個(gè)半胱氨酸所形成的5個(gè)二硫鍵結(jié)構(gòu)。其中2個(gè)新型Pina等位基因Pina-allele-6

4、（Trp69變?yōu)榻K止子）和Pina-allele-7（Lys70突變?yōu)锳rg70）在色氨酸結(jié)構(gòu)域發(fā)生突變，1個(gè)新型Pinb等位基因Pinb-allele-2含有一個(gè)鄰近色氨酸結(jié)構(gòu)域的氨基酸變異（Val66突變?yōu)镻he66），這可能是三種重要的新型突變類型。新型Pina、Pinb和GSP等位基因分別包括14、24、19個(gè)氨基酸變異位點(diǎn)。山羊草中新型Pina等位基因類型和突變位點(diǎn)數(shù)目均較新型Pinb等位基因少，這一結(jié)果與面包小麥中Pinb基

5、因存在至少6個(gè)等位基因，而Pina基因僅有一個(gè)等位基因之結(jié)論相吻合。GSP基因的生物學(xué)功能尚未明了，根據(jù)其結(jié)構(gòu)推測(cè)，前1-20個(gè)氨基酸殘基可能是信號(hào)肽，第21-35個(gè)氨基酸殘基對(duì)應(yīng)于阿拉伯半乳聚糖結(jié)合多肽（AGP）的結(jié)構(gòu)，它可能構(gòu)成成熟GSP蛋白的氨基末端。GSP-allele-2和GSP-allele-5上的Ala/Asp突變可能影響GSP蛋白的糖基化。SouthernBlot分析表明山羊草中存在籽粒硬度主效基因多拷貝現(xiàn)象。沙融山羊草

6、Ae.Sharonensis中Pina基因有4個(gè)拷貝，鉤刺山羊草Ae.Triuncialis中存在5個(gè)拷貝的Pinb基因，三個(gè)粘果山羊草Ae.Kotschyi中三類基因均為2個(gè)拷貝。研究中采用RT-PCR和WesternBlot分析Pin基因在籽粒胚乳中的表達(dá)，結(jié)果證實(shí)了Pin基因在山羊草籽粒胚乳中RNA水平和蛋白質(zhì)水平的表達(dá)。通過(guò)掃描電鏡（SEM）分析籽粒結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)除沙融山羊草外，其他山羊草材料均為軟粒。沙融山羊草的硬粒表型可能與其P