小麥醇溶蛋白染色體位點結構與功能研究以及育種應用價值分析獲進展

2020-12-19 生物谷

醇溶蛋白及其同源物廣泛存在於禾本科植物種子中，是水稻、小麥、玉米等作物籽粒加工與營養品質的一個重要決定因素。在六倍體普通小麥，醇溶蛋白基因以多拷貝方式存在於六個複雜的染色體位點（Gli-A1， B1， D1， A2， B2 & D2），其積累量一般佔籽粒總蛋白含量的40-50%，對麵筋、麵團的功能以及各類終用途品質（如麵包加工品質）的優劣有重要影響。傳統

遺傳

學研究表明醇溶蛋白可能在平衡麵團彈性和延展性中發揮作用，但利用轉基因技術降低醇溶蛋白基因表達後，麵團功能，尤其是彈性指標，反而會明顯提高，表明小麥醇溶蛋白的含量與功能有進一步調控和優化的可能。


2006年以來，中國科學院遺傳與發育生物學研究所王道文團隊以冬小麥品種小偃81為材料，分別製備了六個醇溶蛋白染色體位點的缺失突變體，為解析其結構與功能奠定了基礎。在該研究中，團隊對位於6D染色體短臂的Gli-D2位點進行了分析。通過BAC克隆測序和拼接，獲得了該位點的421 kb序列，注釋出了10個a-醇溶蛋白的編碼基因，其中7個結構完整並在發育籽粒中高水平表達。在物理結構和基因組成等方面，小偃81的Gli-D2與中國春小麥以及小麥D基因組供體粗山羊草中的直向同源位點間存在較大差別，表明Gli-D2在普通小麥及其近緣物種中存在豐富的

遺傳

多樣性。通過多年多點試驗，發現小偃81和Gli-D2缺失系（DLGliD2）在株高、生育期以及籽粒產量等方面沒有顯著差別，但DLGliD2的麵筋、麵團、麵包加工品質以及籽粒賴氨酸含量顯著優於小偃81。轉錄組學和生化試驗表明，DLGliD2籽粒中醇溶蛋白含量降低、谷蛋白和谷蛋白大聚體含量上升、蛋白質二硫鍵異構酶的表達與活性也明顯升高，這是DLGliD2麵包加工品質提升的重要原因。利用分子標記輔助選擇將Gli-D2的缺失變異轉入強筋小麥品種鄭麥366，可進一步提高其麵筋與麵團功能指標以及麵包加工品質。因此，該研究為解析栽培小麥Gli-D2位點的結構與功能提供了新信息，創製出了對改良小麥終用途和營養功能品質具有實用價值的新種質。綜合該研究以及前人發表的結果，團隊建議適當降低醇溶蛋白（或其同源蛋白）的含量是改進小麥以及其它禾本科作物籽粒品質的一個重要途徑。


相關論文發表於The Plant Journal (DOI：10.1111/tpj.13956)，博士生李達和靳懷冰為共同第一作者，研究員王道文和副研究員董玲麗為共同通訊作者，美國農業部西部區域研究中心博士霍納新和顧永強也為研究的順利完成作出了重要貢獻。該研究主要由國家重點研發項目（2016YFD0100500）、國家基金委面上項目（31471483）以及中科院戰略性先導專項項目（XDA08020302）資助。(

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