中国和CIMMYT普通小麦puroindoline基因分子基础研究及其对加工品质的影响

论文摘要

籽粒硬度是最重要的小麦品质性状之一,对磨粉和食品加工品质有重要影响,研究籽粒硬度基因的分子基础对小麦品质改良具有重要意义。本试验选用805份中国当前主栽冬、春麦品种（系）、地方品种和历史品种（共计3个试验）以及596份来自CIMMYT的小麦品种（系）（共计3个试验）材料,采用单籽粒谷物特性测试仪、PCR扩增、酶切、改进的SDS-PAGE和测序技术对其籽粒硬度及其基因型进行了鉴定,并对286份品种（共计2个试验）的磨粉和食品加工品质进行了测试。主要结果如下: 1.我国冬、春小麦主栽品种均以硬质类型为主,由北向南,硬质麦比例逐渐减少。硬质冬麦中共有Pina-D1b、Pinb-D1b和Pinb-D1d两种已知基因型,所占比例分别为12.9%、73.4%和1.6%;而硬质春麦中则发现有Pina-D1b、Pinb-D1b和Pinb-D1c三种已知基因型,所占比例分别为37.9%、51.5%和4.9%。发现了两种Pinb突变新类型:农大3213等13份冬麦和6份春麦品种（系）的Pinb基因的第42氨基酸中有一碱基A缺失,引起了移码突变,导致该基因第60位氨基酸变成了终止密码子,从而致使该类型PINB蛋白缺失,将其命名为Pinb-D1p;京冬11和沧核030的Pinb基因第218位点碱基G突变成了T,导致该基因第44位点色氨酸变成了亮氨酸,将其命名为Pinb-D1q。 2.我国地方品种和历史品种均以硬质类型为主。从地方品种、历史品种到当前主栽品种,软麦（分别为42.7%、45.2%和25.1%）和混合麦（24.3%、13.9%和14.1%）的比例逐渐减少,而硬麦（33.0%、40.9%和60.8%）的比例显著增加。硬质麦中共发现Pina-D1b、Pinb-D1b和Pinb-D1p三种已知基因型。从基因型的变化来看,PINA缺失（43.8%、48.5%和24.2%）和Pinb-D1p（39.7%、14.7%和8.4%）分布频率逐渐减少,而Pinb-D1b（12.3%、36.8%和63.4%）的频率显著增加。在地方品种中发现了三种新突变类型:来自贵州的光头线麦和红麦Pinb基因中第226位点碱基由G变成了C,导致其推断的第47位氨基酸由甘氨酸变成了精氨酸,命名为Pinb-D1t;来自江苏的红和尚Pina基因的第187位点碱基由C变成了T,导致该基因第35位点脯氨酸变成了丝氨酸,命名为Pina-D1m类型;有6个地方品种的Pina基因第212位点碱基由G变成了A,导致其第43位点色氨酸变成了终止密码子,被命名为Pina-D1n类型。另外,有5份地方品种Pina基因第265位点有一碱基C缺失,产生了移码突变,从而导致该基因推断的第93位点氨基酸变成了终止密码子,致使PINA蛋白不能表达,尽管该类型先前已经报道,但命名有误,本文重新命名为Pina-D1l类型。其中,Pina-D1m是目前发现的第一个含有PINA蛋白并且导致普通小麦胚乳质地变硬的突变类型,修订了先前的籽粒硬度分子理论模型。 3.CIMMYT普通小麦以硬质类型为主,硬质麦中只有Pina-D1b和Pinb-D1b两种基因型,Pina-D1b是最常见的基因型,占硬麦总数的86.3%,Pinb-D1b占13.7%。建议CIMMYT多引进一些其它硬度变异类型的小麦种质,如Pinb-D1b类型等,以减少Pina-D1b对品质改良的负面影响。在人工合成小麦与普通小麦杂交的高世代材料中共鉴定出Pina-D1a/Pinb-D1a、Pina-D1j/Pinb-D1i、Pina-D1c/Pinb-D1h、Pina-D1a/Pinb-D1i和Pina-D1a/Pinb-D1j五种基因型,均表现为软质,其中Pina-D1j/Pinb-D1i是最为常见的突变类型。Pina-D1c/Pinb-D1h和

论文目录

• 第一章 文献综述
• 1 小麦籽粒硬度及其测定
• 1.1 硬度及其形成
• 1.2 测定方法
• 1.3 硬度与角质率
• 2 硬度的生化及遗传基础
• 2.1 Friabilin蛋白的发现
• 2.2 Puroindoline蛋白的发现
• 2.3 Puroindoline突变类型及其分布
• 2.4 Gsp-1基因的发现
• 2.5 Puroindoline与品质性状的关系
• 2.6 Puroindoline存在的广泛性
• 3 籽粒硬度的基因工程改良
• 4 本研究目的和意义
• 第二章 中国冬小麦主栽品种puroindoline基因型鉴定
• 1 供试材料
• 2 试验方法
• 2.1 籽粒硬度测定
• 2.2 Puroindoline变异类型检测
• 2.3 统计分析
• 3 结果与分析
• 3.1 中国冬小麦籽粒硬度及其变异类型分布
• 3.3 涉及单核苷酸变化Pinb基因新突变的发现
• 3.4 Puroindoline基因对冬小麦籽粒硬度的影响
• 4 讨论
• 5 结论
• 第三章 中国春小麦purindoline基因型鉴定
• 1 材料与方法
• 1.1 试验材料
• 1.2 试验方法
• 1.3 测序鉴定
• 2 结果与分析
• 2.1 中国春小麦籽粒硬度及其变异类型分布
• 2.2 Puroindoline对春小麦籽粒硬度的影响
• 3 讨论
• 4 结论
• 第四章 中国地方品种和历史品种purindoline基因型鉴定
• 1 材料与方法
• 1.1 试验材料
• 1.2 试验方法
• 1.3 统计分析
• 2 结果与分析
• 2.1 中国地方品种和历史品种籽粒硬度及其变异类型分布
• 2.2 Puroindoline基因对中国地方品种和历史品种籽粒硬度的影响
• 2.2 涉及单核苷酸变化的Pina和Pinb基因新突变的发现
• 3 讨论
• 3.1 Puroindoline基因在中国地方品种、历史品种和主栽品种中的演变
• 3.2 Pinb-D1突变类型的分子遗传基础
• 3.3 Pina-D1突变类型的分子遗传基础
• 4 结论
• 第五章 CIMMYT小麦purindoline基因型鉴定
• 1 材料与方法
• 1.1 试验材料
• 1.2 试验方法
• 2 结果与分析
• 2.1 CIMMYT小麦籽粒硬度及其变异类型分布
• 2.2 Puroindoline类型对籽粒硬度的影响
• 3 讨论
• 3.1 Pina-D1b类型在CIMMYT硬质麦广泛分布
• 3.2 Pina-D1b类型对小麦品质的负面影响
• 3.3 人工合成小麦在普通小麦品质改良中的作用
• 3.4 人工合成小麦后代品系的母本效应
• 4 结论
• 第六章 Puroindoline基因对小麦品质的影响
• 1 试验材料
• 2 试验方法
• 2.1 Puroindoline基因型鉴定
• 2.2 籽粒硬度及面粉颗粒度大小测试
• 2.3 出粉率、灰分、吸水率及色度仪参数测试
• 2.4 戊聚糖含量和溶剂保持力测定
• 2.5 馒头和面条参数测试
• 3 统计分析
• 4 结果与分析
• 4.1 Puroindoline基因对溶剂保持力的影响
• 4.2 Puroindoline基因对磨粉品质及其戊聚糖含量的影响
• 5 讨论
• 6 结论
• 第七章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介