二粒小麦、普通小麦高分子量麦谷蛋白亚基组成分析及特异亚基基因克隆

High molecular weight gluten subunits (HMW-GS) are the main component responsible for wheat processing quality. One of the reasons for the poor quality in China is that wheat varieties have low ratio of HMW-GS. Since the lack of high quality HMW-GS becomes the bottleneck for wheat quality breeding in China, cloning of the novel HMW-GS genes from Chinese common wheat landraces, durum wheat and wild emmer wheat become becomes prominent. We have identified abnormal or new subunits (expressing 1Ay genes, the molecular weight of 1Bx subunit about 100，000Da，larger than that subunit in common wheat) in many varieties and cloned eight new HMW-GS genes. The major objective of the present study is to identify HMW-GS compositions of 600 Chinese common wheat landraces, 200 wheat cultivars released in different periods in China, 243 durum wheat and 434 wild emmer wheat, aiming to speculate whether natural selection and breeding contribute to the subunits differences during the evolution process, identify specific new HMW-GS germplasms, and clone new genes. We expect to identify more than 30 germplasms containing new HMW-GS and clone more than 10 new HMW-GS genes. The results obtained has completely independent intellectual property rights, which provide unique genetic resources for genetic improvement of wheat quality, and guarantee a sharp rise in the level of wheat quality breeding in China.

高分子量麦谷蛋白亚基是决定小麦加工品质的最重要因素，国产小麦品质不佳的主要原因之一是我国小麦品种中优质高分子量麦谷蛋白亚基比例偏低。普通小麦地方品种、二粒小麦中蕴含丰富的高分子量麦谷蛋白基因变异，发掘之可解决我国小麦品质育种优质亚基匮乏之瓶颈问题。我们已从中鉴别出多种特异优质新亚基类型，包括多种1Ay表达型，1Bx亚基接近10万Da的材料，并克隆了8个新亚基基因。本研究旨在此基础上，对600份中国普通小麦地方品种、200份我国不同时期主推小麦品种、243份栽培二粒小麦、434份野生二粒小麦高分子量谷蛋白组成进行系统分析比较，明确其组成特点，了解自然选择及育种进程对其变化有无影响；鉴别出具新特异高分子量麦谷蛋白亚基种质，克隆新基因。预期可鉴别出30种以上具特异亚基的种质，克隆10个以上新基因。所获成果具有完全自主知识产权，能为小麦品质遗传改良提供特异基因资源，大幅提升我国小麦品质育种水平。

高分子量麦谷蛋白亚基是影响小麦加工品质的最重要因素之一。普通小麦地方品种、二粒小麦（野生二粒、栽培二粒小麦）中蕴含丰富的高分子量麦谷蛋白基因变异，发掘之可解决我国小麦品质育种优质亚基匮乏之瓶颈问题。本研究以丰富的普通小麦品种、地方品种、二粒小麦为材料，将基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱仪与十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺凝胶电泳结合使用，鉴定我国普通小麦地方品种、小麦品种、栽培二粒小麦、野生二粒小麦高分子量麦谷蛋白亚基组成。共鉴别出52种潜在特异新亚基类型，包括多种1Ax+1Ay同时表达型（86800+62700 Da, 87000+63400 Da, 87000+63600 Da, 87300+63600 Da, 87300+63700 Da, 87300+63800 Da, 89100+61200 Da），1Ay表达型。Glu-1位点发掘出多种新类型，如81600+74200Da, 81700+74100 Da, 81800+74200 Da, 81800+74300 Da, 81900+74200 Da, 81900+74400 Da, 83400+73500 Da, 83400+75200 Da, 83500+73300 Da, 83800+74800 Da, 83800+75000 Da, 83900+74700 Da, 84700+74500 Da, 84900+74600 Da, 85200+74800 Da, 85300+74600 Da, 85300+74700 Da, 85400+74200 Da, 85500+75500 Da, 85600+72600 Da, 85600+74600 Da, 85700+74200 Da, 85700+74600 Da, 85700+75400 Da, 85800+74100 Da, 85800+74500 Da, 85800+74800 Da, 98900+73600 Da等。克隆了11个新亚基基因，其中1Ay基因5个，ORF长度约为1.8kb；1Dy 基因2个，ORF长度约为2.0kb；1By基因3个，ORF长度约为2.2kb；1Bx基因1个，长度约为2.8kb。这些发掘的新亚基类型可以通过普通杂交方式，直接服务于小麦品质遗传改良，丰富我国小麦品质基因资源，增强我国小麦品质育种能力。