[发明专利]高分子量谷蛋白亚基优异等位变异G330E的鉴定及其应用

说明书

技术领域

本发明属于基因工程领域，本发明涉及HMW-GS优异等位变异G330E基因的编码序列、该基因编码的蛋白质与其在改良小麦加工品质方面的应用。

背景技术

小麦是我国最主要的粮食作物之一，其产量和消费量均居世界首位。小麦面粉加水后具有特殊的制面特性，面团既具有弹性又具有延展性，可以被用来加工成各种食品，如：面包、面条、饼干和糕点，因此关于小麦加工品质的研究一直备受各国研究者的重视。目前的研究已显示：小麦籽粒中蛋白的含量及其组成对品质有着非常重要的影响。小麦籽粒蛋白主要包括两部分：与代谢相关的清蛋白和球蛋白，与品质密切相关的面筋蛋白(gluten)。根据在不同溶液中溶解性的差异和结构的特点，面筋蛋白又分为醇溶蛋白、高分子量谷蛋白亚基和低分子量谷蛋白亚基。醇溶蛋白主要影响面团的延展性，而谷蛋白亚基主要影响面团的弹性，同时对延展性也有影响(Payne，1987；Shewry等，1992，1995)。其中高分子量谷蛋白亚基的类型和组成对品质的作用最大，因此世界各国关于其遗传学和功能学的研究也最多，并且取得了很大的进展。

在普通小麦(2n＝6x＝42)中，高分子量谷蛋白亚基由位于第一染色体组长臂上的Glu-A1，Glu-B1和Glu-D1三个位点编码，每个位点内存在两个基因，一个编码分子量较小的y-型亚基，另一个则编码分子量较大的x-型亚基(Payne，1987)。由于等位基因沉默现象的发生，在普通小麦中往往只有4-5个表达。根据在SDS-PAGE上蛋白迁移率的不同，许多高分子量谷蛋白亚基的等位变异被分离和鉴定出来，并且根据其对品质的作用进行了评分。例如，Glu-D1位点的1Dx5+1Dy10亚基组合对面筋的强度和面团的弹性具有很大的正向作用，被认为是最优异的亚基组合之一(Payne，1987；Wieser and Zimmermann，2000)，在欧美国家优质小麦品种中的出现频率很高。同时Glu-A1位点的1Ax1(Wang等2010)和1Ax2*(Payne等，1987)也被证明对品质有明显的正向影响，Glu-B1位点的1Bx14+1By15和1Bx17+1By18对面团的延展性和弹性有积极作用(Li等，2004；Xu等，2006；Branlard等，2001，刘丽等，2003)。这些已经被证明的HMW-GS的优异等位变异，其中的一部分已经被申请了专利保护。为了扩展HMW-GS编码基因的遗传资源，国内外的很多研究者从小麦的各种近缘种中也分离和克隆了许多HMW-GS的等位基因，但是由于小麦遗传转化技术的困难，这些推测对品质具有正向作用的亚基并不能很快的应用到小麦育种中。在提高小麦品质的研究方面，国内外仍存在着优异等位变异稀少的困境。

我国小麦的品质改良起步于上世纪80年代末，较国外的研究明显落后，经过近20年的研究，已经取得了很大进展。例如制定了小麦品质区化方案，明确了各区优质麦的方向，并培育出了许多含有优良亚基组合和较好生产适应性的优质品种(何中虎等，2005)。强筋和强中筋小麦：小偃系列的小偃54和小偃81，含有1Bx14+1By15优质亚基组合；济麦20，含有1Bx13+1By16优质亚基组合，藁优9409和中优9507则含有1Dx5+1Dy10优质亚基组合(吴学旭等，2009；刘凤云等，2007)。此外还有弱筋优质小麦扬麦13、扬麦14和豫麦50等，这些适用于制作饼干和糕点。但是与国外的优质品种相比，我国优质小麦的仍存在如下差距：优质亚基组合的含量相对较低，如1A位点1Ax1和1Ax2*等；蛋白含量和湿面筋含量虽然较高，但是面粉的面团质量相对较差；在面包品质上，面团烘烤体积小、弹性差、质地不够理想(魏益民等，2004；吴学旭等，2009)。因此改良小麦的HMW-GS亚基组成，在提升小麦品质和促进小麦遗传改良的进步是非常必要的。