小麦籽粒灌浆期蛋白质合成关键酶活性及蛋白质组分含量的动态QTL分析

论文摘要

小麦的许多性状（如品质性状,产量性状等）都是由数量性状位点（QTL）控制的。蛋白质是小麦籽粒的主要组成成分之一,是小麦品质的重要指标。小麦籽粒灌浆期蛋白质含量是受数量性状位点控制的,同时影响蛋白质合成的关键酶——谷氨酰胺合成酶（GS）的活性也受数量性状位点控制,因此研究灌浆期小麦籽粒蛋白质的积累过程及其QTL定位对小麦品质的遗传改良和研究具有重要意义。本研究以普通小麦品系R146与R97为亲本所创建的103个RIL群体为研究材料,测定籽粒灌浆期的蛋白质组分含量,GS和GPT活性,利用SSR分子标记构建遗传连锁图谱,采用复合区间作图法,对以蛋白质组分含量和GS活性进行动态QTL定位和效应分析,主要结果如下：1.在小麦灌浆期,亲本及后代家系的籽粒GS和GPT活性均呈现总体下降趋势,在花后七天GS和GPT活性最高,之后逐渐下降。亲本及后代家系的籽粒蛋白质含量表现为先下降后上升的“V”字型变化趋势,在开花后21天,降到最低点,之后又上升,在小麦籽粒成熟期蛋白质含量最高；清蛋白含量先下降后上升,在花后21天到28天处于“低谷”；球蛋白含量的变化与总蛋白的趋势一致,也是先下降后上升；醇溶蛋白灌浆前期含量最高,花后21天降到最低,之后逐渐回升,成熟期趋于稳定；谷蛋白含量在整个灌浆过程中不断上升2.不同时期蛋白质各组分含量及GS的活性的偏度与峰度的绝对值均小于1,符合正态分布或偏正态分布,可以进行QTL定位分析,15个连锁群分别定位在染色体1A、1B、1D、2A、2B、4A、4D、5B、6B上,连锁图覆盖小麦基因组881cm,标记平均距离为14.4cm。3.QTL动态定位研究结果表明,各时期检测到的影响蛋白质组分含量及GS活性的非条件QTL与条件QTL具有明显的时空变化性。一共检测到6个与GS活性相关的非条件QTL,其中QGS4D位点在花后七天和花后十四天均被检测到,认为对GS活性有重要意义；检测发现控制蛋白质含量的非条件QTL有5个,分别位于染色体1D、2B、6B上。QGpc2B在花后7天开始表达,能够解释表型变异的5.8%,花后十四天QGpc6B被检测到,贡献率为6.8%,从花后二十一天至花后三十五天QGpc1D连续表达,贡献率分别为8.61%、9.86%、3.31%。与蛋白质含量相关的条件QTL只检测到两个,花后七天QGpc2B贡献率为5.8%,花后二十八天QGpclD,贡献率为5.31%;影响醇溶蛋白含量的条件QTL有4个,非条件QTL有7个,Qgil4D位点分别在花后七天和花后十四天检测到,花后七天,非条件QTL和条件QTL总共能解释31.6%的表型变异；对谷蛋白含量的动态QTL分析表明,共有5个条件QTL,8个非条件QTL,在花后七天左右,控制谷蛋白合成的QTL表达量较少,条件和非条件共同能解释17.2%的表型变异,随着灌浆的进行,最初表达的QTL在花后十四天已经检测不到其表达量,而在1B和6B染色体上分别检测到了新的QTL,条件和非条件共同能解释21.52%的表型变异,花后二十一天,QgullB和Qgul6B持续表达,贡献率为27.07%,花后二十八天检测到3个QTL,贡献率为15.83%,花后三十五天检测到3个QTL,共能解释21.42%的表型变异,中后期的大量表达对这个时期谷蛋白的大量积累具有重要意义；与清蛋白含量相关的条件QTL有4个,非条件QTL有8个,在花后七天左右,控制清蛋白含量的条件和非条件QTL共同能解释37.8%的表型变异,说明在这一时期QTL的表达量对清蛋白的合成有重要影响。各测定时期检测到的QTL数目和加性效应值的差异揭示了控制性状表现的QTL,在不同发育时期的表达是不同的。4.经过对小麦籽粒灌浆期GS活性相关的QTL与蛋白质组分含量相关的动态QTL分析发现,在花后七天,染色体4D的xwmc473-xwmc311区间同时检测到GS活性,醇溶蛋白1含量和谷蛋白含量相关的QTL,认为QGS4D对醇溶蛋白和谷蛋白的合成具有重要作用。在花后十四天,染色体1B的xwmc222--xwmc232区间同时检测到GS活性和谷蛋白含量相关的QTL,表明QGS1B对此时谷蛋白的积累具有重要意义；在染色体4D上发现影响GS活性的QGS4D与醇溶蛋白含量相关的Qgli4D同时位于xwmc473-xwmc311区间,表明QGS4D对该时期醇溶蛋白的积累具有重要意义。在花后二十八天,染色体4A的xwmc161a-xwmc468区间同时检测到影响GS活性和谷蛋白含量的QTL,表明该时期GS对谷蛋白合成的作用于该位点相关。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 文献综述
• 1.1 蛋白质的组成及其与品质的关系
• 1.2 蛋白质的生物合成与积累规律
• 1.3 控制蛋白质合成的关键酶
• 1.4 QTL定位概述
• 1.4.1 数量性状和QTL
• 1.4.2 遗传连锁图谱的构建
• 1.4.3 QTL定位的方法
• 1.4.4 动态QTL定位
• 1.4.5 小麦籽粒蛋白质含量QTL研究进展
• 1.5 研究目的及意义
• 2 材料与方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 田间试验
• 2.3 测定项目与方法
• 2.3.1 籽粒中GS活性的测定
• 2.3.2 籽粒中GPT活性的测定
• 2.3.3 小麦籽粒蛋白质组分含量的测定
• 2.3.4 品质指标测定
• 2.4 统计分析与QTL分析
• 3 结果与分析
• 3.1 籽粒灌浆期蛋白质合成关键酶活性变化
• 3.2 籽粒灌浆期蛋白质各组分含量变化
• 3.3 RIL群体品质性状表现与蛋白质的各组分的相关性分析
• 3.4 蛋白质组分含量及GS活性的动态QTL分析
• 3.4.1 RIL群体的籽粒蛋白质组分含量及GS活性的群体表现
• 3.4.2 遗传图谱的构建
• 3.4.3 小麦灌浆期籽粒GS活性的动态QTL分析
• 3.4.4 小麦灌浆期籽粒总蛋白含量的动态QTL分析
• 3.4.5 小麦灌浆期籽粒醇溶蛋白含量的动态QTL分析
• 3.4.6 小麦灌浆期籽粒谷蛋白含量的动态QTL分析
• 3.4.7 小麦灌浆期籽粒清蛋白含量的动态QTL分析
• 4 讨论
• 4.1 群体水平上籽粒GS对蛋白质组分含量的影响
• 4.2 小麦籽粒灌浆期GS活性的动态QTL分析
• 4.3 小麦籽粒灌浆期蛋白质组分含量的动态QTL分析
• 4.4 控制蛋白质合成关键酶与蛋白质组分含量的QTL的关系
• 进一步研究的设想
• 参考文献
• 致谢