丛花，王宏飞，祁旭升，高小丽，张金波，严勇亮，章艳凤，路子峰

(1. 新疆农业科学院农作物品种资源研究所，乌鲁木齐 830091；2. 辽宁师范大学生命科学学院，辽宁大连 116029；3. 甘肃省农业科学院作物研究所，兰州 730070；4. 西藏自治区农牧科学院农业研究所，拉萨 850032)



西北地区小麦地方品种高分子量谷蛋白亚基组成分析

丛花1，王宏飞2，祁旭升3，高小丽4，张金波1，严勇亮1，章艳凤1，路子峰1

(1. 新疆农业科学院农作物品种资源研究所，乌鲁木齐 830091；2. 辽宁师范大学生命科学学院，辽宁大连 116029；3. 甘肃省农业科学院作物研究所，兰州 730070；4. 西藏自治区农牧科学院农业研究所，拉萨 850032)

【目的】分析西北地区小麦地方品种资源HMW-GS的遗传组成，为该地区小麦品质育种提供新的种质资源。【方法】利用SDS-PAGE方法，对429份西北地区小麦地方品种的HMW-GS亚基等位变异进行分析。【结果】西北地区小麦地方品种资源Glu-1位点有21种等位变异，冬、春小麦资源均以Null (74.7 %和80.6 %)、7+8(92.9 %和88.7 %)和2+12(52.8 %和91.5 %)为各自位点的优势亚基；有35种亚基组合形式，冬、春小麦资源均以null/7+8/2+12为优势组合(42.9 %和67.2 %)，且在西藏地区4份小麦地方品种资源中发现2个新亚基，分别为“7**+8”和“13+8”。【结论】西北地区小麦地方品种高分子量麦谷蛋白亚基具有丰富的多样性，且春小麦地方品种HMW-GS的等位变异和组合形式高于冬小麦地方品种；从供试材料中筛选出2个以上基因位点具有优质亚基的地方小麦品种95份，其中6份地方品种在3个位点都具有优质亚基。

高分子量谷蛋白亚基；小麦地方品种；种质资源

0 引 言

【研究意义】高分子量谷蛋白亚基(HMW-GS)是普通小麦胚乳中的主要贮藏蛋白之一，由位于第一同源染色体长臂的Glu-A1、 Glu-B1和Glu-D1三个位点上的基因编码控制，其对小麦烘烤品质具有重大影响，特定亚基可明显改善小麦品质[1]。众多研究表明小麦地方品种携带有大量有益基因，是现代品种高产、优质及抗逆育种的丰富基因源[2-3]。李鸿恩等[4]及马传喜和吴兆苏[5]进一步研究表明，缺乏优质高分子量麦谷蛋白亚基是造成我国小麦品质较差的主要原因之一。因此，分析小麦地方品种高分子量麦谷蛋白亚基组成，筛选优质和特异亚基，可为小麦品质育种和遗传研究奠定基础。【前人研究进展】截至目前，大量HMW-GS等位变异基因在小麦遗传资源和育成种中已被报道[1, 6-16]，国内关于西北地区小麦谷蛋白亚基的研究也有报道，且主要集中于青海地区小麦主栽品种[17]及审定品种[18]、甘肃地区小麦地方品种和育成品种(系)[19-22]、新疆地区小麦地方品种和育成品种(系)[16,23-26]、西藏地区半野生小麦[27]及宁夏育成品种(系)和地方品种[28]，这些研究为进一步了解西北地区小麦高分子量麦谷蛋白亚基组成奠定了基础。【本研究切入点】目前研究存在采样区域涵盖省份单一，取样量大小不均及较少考虑小麦生态型等问题，不能真实反映西北地区冬、春小麦地方品种高分子量谷蛋白亚基的分布状况；而关于西北地区大尺度和大区域范围内高分子量谷蛋白亚基等位变异多样性分布的研究还较少[29]。【拟解决的关键问题】研究重点分析该区域甘肃、宁夏、青海、西藏及新疆5个省份429份小麦地方品种HMW-GS组成的遗传多样性，挖掘新的谷蛋白亚基资源及筛选多位点优质亚基组合材料，为西北地区小麦品质遗传改良奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材 料

研究选用429份小麦(TriticumaestivumL.)地方品种，其主要由新疆农业科学院农作物品种资源研究所(267份)、甘肃农业科学院农作物品种资源研究所(113份)和西藏自治区农牧科学院农业研究所(49份)，覆盖新疆、西藏、青海、宁夏及甘肃等西北5省，其中冬小麦地方品种182份，春小麦地方品种247份。利用中国春(null, 7+8, 2+12)，农林61号(2*, 7+8, 2.2+12)，Eradu(1, 17+18, 2+12)，Sappe(null, 13+16, 2+12)，Harunoakebono (2*, 7+9, 5+10)作为对照品种，用于判断亚基准确性。

1.2 方 法

1.2.1 麦谷蛋白提取

每份材料研磨成细粉取20 mg样品置于1.5 mL离心管，加入1.0 mL SA液(50 %丙醇和0.8 mol/L Tris-HCl (pH 8.0))，混匀后于65 ℃水浴提取1 h，2 000 r/min，离心1 min，弃上清，重复1次后得沉淀；加入200 μL SA1溶液(1 %二硫苏糖醇)，混匀后于65 ℃水浴提取1 h，13 000 r/min，离心10 min，得上清液；取上清液100 μL置于1.5 mL离心管，加入等体积SA2 溶液(1.4 %乙烯基吡啶)，混匀后于65 ℃水浴提取30 min；加入0.8 mL丙酮，13 000 r/min，离心10 min得沉淀，置于60 ℃干燥5 min后加入100 μL SC溶液(20 %甘油, 6 mol/L 尿素和25 mmol/L 乙酸)重新悬浮沉淀物；加入缓冲液(2 %十二烷基硫酸钠(SDS), 62.5 mmol/L Tris-HCl (pH 6.8), 10 %甘油, 5 % 2-巯基乙醇和溴酚蓝(BPB)煮沸3 min作为备用样品即可。

1.2.2 SDS-PAGE分析

采用SDS不连续缓冲系统，分离胶浓度为10 %，浓缩胶浓度为5 %，每份样品上样量为9 μL，用Tris-甘氨酸作为电极缓冲液在20 mA恒流条件下电泳6 h；然后用考马斯亮蓝G-250溶液染色，用蒸馏水漂洗脱色，直至背景清晰，照像。

2 结果与分析

2.1 冬、春小麦地方品种HMW-GS的组成

研究表明，供试西北地区小麦地方品种Glu-1位点共有21种等位变异，Glu-A1位点3种，Glu-B1位点10种，Glu-D1位点8种，其中冬、春小麦地方品种各有16和18种等位变异；其在Glu-A1、Glu-B1和Glu-D1位点均以Null(74.7 %和80.6 %)、7+8(92.9 %和88.7 %)和2+12(52.8 %和91.5 %)为各自位点的主要亚基类性。就优质亚基类型而言，在Glu-A1位点冬、春小麦均具有较高的2*亚基(20.3 %和16.2 %)；Glu-B1位点冬、春小麦优质亚基较单一，除7+8亚基外，其余亚基的比例均较低，未来西北地区需要引进并丰富Glu-B1位点优质亚基类型，另外在Glu-B1位点发现两个新等位变异，其分别为7**+8和13+8，分别源自西藏小麦地方品种敏秀冬麦-3和朗卓秋；Glu-D1位点冬、春小麦地方品种均没有检测到5+12亚基，对于5+10亚基，春小麦的比例较低，仅为3.2 %，而冬小麦相对较高，达到6.0 %。图1，表1

1:中国春 Chinese Spring 2: 红芒麦 Hong mang mai; 3: 郎秋卓 Lang qiu zhuo; 4: 朗县贡卓-5 Lang xian gong zhuo-5; 5: 敏秀冬麦-3 Min xiu dongmai -3; 6: Sappe ; 7: 中国春 Chinese Spring

图1 部分供试小麦材料高分子量麦谷蛋白亚基组成图谱

2.2 冬、春小麦地方品种HMW-GS组合形式

研究表明，西北地区小麦地方品种资源的HMW-GS共有35种组合形式，其中冬小麦地方品种有19种，春小麦地方品种有26种；其中，冬、春小麦地方品种共有10种组合形式，且均以Null/7+8/2+12为优势组合类型，其频率分别是42.9 %和67.2 %。冬小麦地方品种频率较高的主要组合形式还有Null/7+8/2.6+12、2*/7+8/2.6+12和2*/7+8/2+12，其频率分别为22.0 %、12.6 %和6.0 %，其余组合频率均低于3.0 %，有8种组合仅有1个品种。春小麦地方品种频率较高的组合形式还有2*/7+8/2+12，其频率为13.4 %，其余组合频率均低于3.0 %，有16种组合仅有1个品种。表2

2.3 具有优质亚基的品种

目前普遍认为Glu-A1位点编码的亚基1和2*，Glu-B1位点编码的亚基对7+8、13+16、14+15和17+18，Glu-D1位点编码的亚基对5+10和5+12通常赋予面团很好的弹性和韧性，具有较好的品质效应，因此被成为优质亚基[30-31]，是进行小麦品质育种，配置小麦杂交组合选配的重要依据。研究从供试材料中筛选出在2个以上位点具有优质亚基的小麦地方品种材料95份，其中冬小麦地方品种48份，春小麦地方品种47份。此外，冬小麦地方品种朗县贡卓-6(ZXM1391)，朗县贡卓-5(ZXM1390)，南疆冬麦(1888)和秃头麦(0078)及春小麦地方品种通门基卓(ZXM1398)和朗县贡卓(ZXM1389)等6个地方品种在3个位点均具有优质亚基，育种家在育种实践中可充分选择利用这些材料；其余89份品种均在2个位点上具有优质亚基。表3

表2 西北地区小麦地方品种的HMW-GS组成及频率Table 2 Compositions and frequencies of HMW-GS from wheat landraces in northwest China

表3 Glu-1两个以上基因位点具有优质亚基小麦品种Table 3 Wheat variety with quality subunit at Glu-1

续表3

3 讨 论

研究表明，西北地区429份小麦地方品种资源Glu-1位点共有21等位变异，35种亚基组合形式，其中冬小麦共有16种等位变异，19种组合形式；春小麦有18种等位变异，25种组合形式。结果表明，西北地区春小麦地方品种HMW-GS的等位变异和组合形式高于冬小麦地方品种，这与李望鸿等[21]对甘肃小麦地方品种的研究结果相一致。冬、春小麦地方品种资源Glu-A1、Glu-B1和Glu-D1三个位点的优势亚基均为Null(74.7 %和80.6 %)、7+8(92.9 %和88.7 %)和2+12(52.8 %和91.5 %)，其优势亚基组合也均为null/7+8/2+12(42.9 %和67.2 %)，其与国内学者针对不同区域小麦地方品种Glu-1位点亚基组成的研究结果一致。此外，西北地区冬、春小麦地方品种资源在Glu-A1位点具有较高比例的优质亚基1和2*，其出现频率分别为25.3 %和19.4 %，这可能与西北地区靠近巴基斯坦[32]和伊朗[33]等小麦多样性中心有关，其Glu-A1位点优势亚基为1和2*；在Glu-B1和Glu-D1位点除亚基7+8外，也具有较低比例的亚基13+16、17+18和5+10，但没有发现优质亚基14+15和5+12，未来西北地区小麦优质育种需引进具有优质亚基14+15和5+12的种质资源。另外，在西藏4份小麦地方品种资源中发现了2个新亚基“7**+8”和“13+8”，关于其在小麦品质上的作用需要进一步分析。

根据各自位点的优质亚基形式和分析结果，最终筛选出在2个以上位点具有优质亚基的小麦地方品种材料95份(表3)，其中冬小麦地方品种48份，春小麦地方品种47份。尤其是冬小麦地方品种朗县贡卓-6(ZXM1391)，朗县贡卓-5(ZXM1390)，南疆冬麦(1888)和秃头麦(0078)及春小麦地方品种通门基卓(ZXM1398)和朗县贡卓(ZXM1389)等6个地方品种在3个位点均具有优质亚基，这些材料可为西北地区小麦的品质改良奠定基础。

4 结 论

4.1 西北地区小麦地方品种高分子量麦谷蛋白亚基(HMW-GS)具有丰富的多样性，且春小麦地方品种HMW-GS的等位变异和组合形式高于冬小麦地方品种；在西藏4份小麦地方品种资源中发现了2个新亚基“7**+8”和“13+8”。

4.2 筛选出2个以上位点具有优质亚基的小麦地方品种材料95份，其中冬小麦地方品种48份，春小麦地方品种47份。尤其是冬小麦地方品种朗县贡卓-6(ZXM1391)，朗县贡卓-5(ZXM1390)，南疆冬麦(1888)和秃头麦(0078)及春小麦地方品种通门基卓(ZXM1398)和朗县贡卓(ZXM1389)等6个地方品种在3个位点均具有优质亚基。

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Fund project:Supported by NSFC (31160286)；High Technology Program of Xinjiang Uygur Autonomous Region (201311103); Science and Technology Fund Project of XAAS for Young Scholars (xjnky-2014008) ；Agriculture Prospering Program with Science and Technology of Xinjiang Uygur Autonomous Region.

Analysis of Genetic Diversity of HMW-GS in Wheat Landraces from Northwest China

CONG Hua1, WANG Hong-fei2, QI Xu-sheng3, GAO Xiao-li4, ZHANG Jin-bo1,YAN Yong-liang1, ZHANG Yan-feng1, LU Zi-feng1

( 1. Research Institute of Crop Germplasm Resource, Xinjiang Academy of Agricultural Sciences, Urumqi,830091,China; 2.CollegeofLifeScience,LiaoningNormalUniversity,DalianLiaoning116029,China;3.CropsResearchInstitute,GansuAcademyofAgriculturalSciences,Lanzhou730070,China; 4.InstituteofAgricultureResearch,TibetAcademyofAgriculturalandAnimalHusbandrySciences,Lhasa850032,China)

【Objective】 In order to provide favorable germplasm for the quality improvement and analyze the genetic diversity of high-molecular-weight glutenin subunits of wheat landraces collected from Northwest China.【Method】The composition of HMW-GS of 429 wheat landraces were studied by SDS-PAGE.【Result】The results showed that 21 alleles and 35 subunit compositions were detected in wheat landraces. The subunits of null (74.7 % and 80.6 %), 7+8 (92.9 % and 88.7 %), 2+12 (52.8 % and 91.5 %) were the major subunit types in winter and spring wheat landraces, respectively; the composition of null, 7+8, 2+12 was the dominating combination in winter and spring wheat. The two new subunit pair "7**+8" and "13+8" at Glu-B1 locus were detected in Xizang wheat landraces.【Conclusion】There are high genetic diversity of HMW-GS in wheat landraces from Northwest China, however, the alleles and subunit composition types of spring wheat are higher than winter wheat. 95 of the local wheat varieties with high quality subunits were selected from the tested materials, and 6 of them had high quality subunit at 3 loci.

HMW glutenin subunit; wheat landraces；germplasm resources

10.6048/j.issn.1001-4330.2016.08.001

2016-04-20

国家自然科学基金项目(31160286)；自治区高新技术项目(201311103)；新疆农业科学院青年科技基金项目(xjnky-2014008)；自治区科技兴农项目

丛花(1962-)，女，新疆博乐人，研究员，博士，研究方向为农作物品种资源及分子技术，(E-mail)huacong0924@126.com

S512；S188

A

1001-4330(2016)08-1373-10