小麦无性系变异体AS208中Glu-B1位点基因沉默的分子机制及其品质效应研究

As the main component of storage protein in wheat grains, high molecular weight glutenin subunit (HMW-GS) decides the dough elasticity and processing quality by regulating its composition, expression, and content. Update, there is no report yet on the gene silencing and quality effect of 1Bx20 and 1By20 on Glu-B1 locus in this crop. A wheat somatic variation line AS208 developed by our group, in which 1Bx20 and 1By20 are all silenced, will be used to illustrate the molecular mechanism of the silenced Glu-B1 locus in the four levels of DNA, transcription, translation and protein accumulation, by analyzing the sequence change and methylation circumstance in encoding and promoter regions of the both genes, exploring their expression patterns in mRNA and protein levels, and studying the accumulated model of glutenin body at different grain developmental stage. Further, the effect of the silenced 1Bx20 and 1By20 on flour quality will be investigated by using the grains harvested in various ecological areas in different years. The function of other potential HMW-GS will be analyzed by employing AS208 as receptor material through transgenic approach. At the same time, good wheat lines with few HMW-GS composition, low gluten content and high yield potential will be selected using AS208 as parent via commercial breeding technique. This study will be theoretically and applied important to understand the molecular mechanism, expression type and quality effectiveness of the silenced Glu-B1, and to breed weak gluten wheat variety.

高分子量谷蛋白亚基（HMW-GS）是小麦籽粒储藏蛋白的主要成分，其组成、表达和含量决定面团弹性和加工品质。目前关于Glu-B1位点上1Bx20和1By20亚基沉默及其对面筋品质的影响还没有报道。本研究拟以1Bx20、1By20沉默的小麦无性系变异体AS208为材料，通过分析1Bx20、1By20基因编码序列和启动子序列变化及其甲基化，研究1Bx20、1By20在mRNA和蛋白水平上的表达模式，鉴定特异表达蛋白因子，探讨谷蛋白体积累模式，最终解析AS208中1Bx20、1By20亚基沉默的机制。同时，研究1Bx20、1By20在多年、多点条件下的品质效应。在此基础上，通过转基因方法在AS208中鉴定其他HMW-GS亚基的功能。并以AS208为亲本，利用杂交等方法培育弱筋小麦新品系。研究结果对于探讨Glu-B1位点沉默机制、表达模式和品质效应，以及选育弱筋小麦品种等有重要理论意义和实践价值。

高分子量谷蛋白亚基（HMW-GS）是小麦籽粒贮藏蛋白的重要成分，其组成、表达和含量决定面团弹性和加工品质。目前关于Glu-B1位点上1Bx20和1By20亚基沉默及其对面粉品质的影响还没有报道。本研究以1Bx20、1By20双亚基沉默的小麦无性系变异体AS208为材料，利用PCR、qPCR、SDS-PAGE、Southern、FISH和TEM等技术，在基因组水平、mRNA和蛋白表达水平层面探究Glu-B1位点沉默机制和表达模式，同时研究1Bx20和1By20双亚基沉默对蛋白体合成、相关基因表达和品质效应的影响。结果表明，AS208具有和对照材料LX987相似的农艺性状，在清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和LMW-GS等种子蛋白的组成上二者也相同，仅在HMW-GS组成上存在差异，Glu-B1位点在AS208籽粒发育时期没有表达，但Glu-B1位点沉默对蛋白体积累过程没有显著影响。蛋白合成和加工密切相关的转录因子和分子伴侣基因在AS208中的表达水平普遍比LX987高。位于Glu-B1位点前后的分子标记在AS208中能检测到，但AS208中Glu-B1位点分子标记及其编码序列和调控序列都未能检测到。Southern和FISH检测证实，AS208中Glu-B1位点发生了缺失。不同生态条件下的分析发现，1Bx20和1By20亚基缺失导致AS208面包加工品质显著变差，但AS208具有优质弱筋小麦的潜质。利用农杆菌介导法将1Bx20、1By20、1By8和1Sx2.3基因转入了AS208，但仅检测到1Sx2.3表达，没有检测到其他3个HMW-GS表达。进一步利用扬麦16和扬麦20分别与与AS208杂交，后代连续用扬麦16、扬麦20回交，获得了农艺性状优良、Glu-B1位点缺失的新品系。研究结果对于明确小麦HMW-GS遗传和品质效应，以及小麦面包和饼干加工品质育种等，有重要理论意义和实践价值。