小麦及近缘种属籽粒硬度、多酚氧化酶性状的分子机理研究

论文题目: 小麦及近缘种属籽粒硬度、多酚氧化酶性状的分子机理研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 作物遗传育种

作者: 常成

导师: 刘广田

关键词: 小麦,近缘种属,籽粒硬度,分子机理

文献来源: 中国农业大学

发表年度: 2005

论文摘要: 小麦籽粒硬度是胚乳质地的反映,它是国际通用小麦分类指标之一,与磨粉品质、食品加工品质关系密切。硬度主要受pina和pinb基因控制,若其发生突变,籽粒一般表现为硬质。多酚氧化酶(PPO)是导致鲜湿面条、馒头、饺子发生褐变的主要因素。本文对这两性状及其分子机理进行了研究,主要结论如下: 1 普通小麦,特别是地方品种和农家品种pina和pinb等位变异较为丰富,共发现1个新的pina变异和3个新的pinb变异,均为单核苷酸突变,与硬度的变异关系较密切。西藏半野生小麦、密穗小麦、Spelt、粗山羊草未发现变异,野生二粒小麦及偃麦草则缺失此基因。 本文改进的Urea-SDS-PAGE凝胶电泳和普通TBE-PAGE凝胶相比,前者的分辨率显著高于后者,可检测单核苷酸突变。在DNA水平上检测pina和pinb的效率要高于蛋白质水平,不需设计不同的位点特异性引物,适于等位变异及单核苷酸多态性(SNP)的分析。 2 在小麦籽粒不同发育阶段,软硬质小麦胚乳中总Puroindolines(PinA和PinB)蛋白的表达差异不大,但淀粉颗粒结合的Puroindolines蛋白量差异非常明显,发育各阶段,软质小麦显著高于硬质小麦。基因同为野生型但硬度有差异的品种,其淀粉表面结合的Puroindolines蛋白量差异也明显,说明此结合特点是决定籽粒硬度的直接原因。 3 SDS可以显著提高PPO的提取效率,增加品种间差异,利于PPO活性的筛选。在某些品种间,PPO活性表现出不同的时间特性和温度特性。在普通小麦及其近缘种属中,籽粒PPO活性变异很大,但基本上偏向于中低活性分布。一些普通小麦品种PPO活性很低,在育种和研究上具有较高的应用价值。一般来说,六倍体小麦(AABBDD)活性高于粗山羊草(DD),而野生二粒小麦(AABB)活性很低。其中偃麦草的活性也较高。 4 利用中国春的缺体-四体材料,将两个PPO基因(PPO-1,PPO-2)分别定位在2A和2D上。它们均表现出一定的等位变异,尤其是PPO-2基因变异较为丰富。在PPO-1等位基因中,以a类型最多;而PPO-2等位基因中,以D型为主。这些等位基因中,其PPO活性分布较广泛,大都偏向于中低活性,活性过高或过低的品种较少。PPO-2等位基因中,A、B、E和F型的PPO活性较高;而H、I、D~*、K以及缺失类型的PPO活性则较低。 5 PPO-2基因两功能区之间存在一内含子,材料间有变异;PPO-2基因功能区序列同源性较高,但其变异将会对PPO活性产生一定的影响。小麦籽粒PPO同工酶随着籽粒的成熟而减弱(A、C区除外),低活性品种的减弱程度大于高活性品种。高活性品种其C区同工酶却逐渐增强,和籽粒PPO活性变化一致,而低活性品种正相反。在转录水平上,PPO-2基因表达在发育过程中逐渐增强,与PPO活性变化、C区同工酶的表达规律较一致,高活性品种表达水平一般高于低活性品种。表明,PPO-2基因与籽粒发育阶段PPO活性及C区同工酶表达有关。 6 收获并通过后熟的籽粒与发育后期籽粒相比,PPO活性显著降低、同工酶减弱,数目减少,PPO活性高低与其同工酶带的强弱一致。一些低PPO活性品种,甚至检测不到同工酶。籽粒萌动时,PPO活性升高,同工酶带增强,24小时后逐渐降低,同工酶带开始减弱。 7 抗坏血酸可有效地抑制小麦籽粒PPO活性,适量的抗坏血酸能显著抑制褐变,改善面片的色泽,在面食品加工中有着广阔的应用前景。

论文目录:

第一章 文献综述

1 国内外研究现状分析

1.1 小麦籽粒硬度

1.1.1 小麦籽粒胚乳结构与硬度

1.1.2 小麦籽粒硬度的生化基础

1.1.2.1 Friabilin／Puroindolines蛋白与小麦籽粒硬度

1.1.2.2 脂类物质与籽粒硬度

1.1.2.3 戊聚糖与籽粒硬度的关系

1.1.3 小麦籽粒硬度的遗传及其分子机理

1.1.4 小麦近缘种属的Puroindoline蛋白及其基因的研究

1.1.5 籽粒质地(硬度)与小麦品质的关系

1.1.6 环境对籽粒硬度的影响

1.1.7 Puroindolines蛋白与植物的抗病性

1.2 小麦籽粒多酚氧化酶(Polyphenol oxidase,PPO)

1.2.1 小麦PPO对品质的影响

1.2.2 多酚氧化酶的分类

1.2.3 PPO在小麦体内的分布和变化

1.2.4 PPO的生理生化功能

1.2.5 小麦籽粒PPO提取与活性测定

1.2.6 PPO活性的影响因素

1.2.7 小麦PPO遗传及分子生物学研究

2 立论依据、研究方案

2.1 立论依据

2.2 研究方案

2.2.1 研究目标

2.2.2 研究内容

第二章 小麦籽粒硬度的研究

第一节 小麦籽粒Puroindolines蛋白的提取与分离检測

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.2 Puroindolines蛋白的提取及分离

1.3 小麦籽粒硬度测定

2 结果和分析

2.1 Puroindolines蛋白的普通SDS-PAGE凝胶电泳

2.2 Puroindolines蛋白的Urea-SDS-PAGE电泳

2.3 PinA、PinB蛋白电泳带型与籽粒硬度

3 讨论

第二节 小麦籽粒中Puroindolines蛋白的动态表达

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 籽粒不同发育阶段PinA的PinB表达

2.2 相同pina、pinb基因型(pina-D1a,pinb-D1a／pinb-D1p)表达及硬度差异

3 讨论

第三节 pina、pinb等位基因变异的研究

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 Puroindolines(PinA、PinB)蛋白的分离和检测

2.2 Puroindolines基因的PCR扩增及检测

2.3 pina、pinb的变异分析

2.4 推导氨基酸的初步分析

3 讨论

第四节 小麦籽粒硬度与其它品质性状的相关分析

1 材料与方法

1.1 材料

1.2 品质测定方法

1.3 数据用SPSS统计软件分析

2 结果与分析

2.1 品质性状变异

2.2 籽粒硬度与其它品质性状的相关分析

2.3 碱水保持力(AWRC)与其他品质性状的回归分析

2.4 SDS与其它品质性状的回归分析

3 结论与讨论

第三章 小麦籽粒多酚氧化酶研究

第一节 籽粒多酚氧化酶的提取与测定

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.2 PPO提取与活性测定

1.3 比较SDS和磷酸盐提取PPO活性的时间特性

1.4 37℃水浴和室温下，PPO活性的时间特性

2 结果与分析

2.1 不同方法提取PPO活性比较

2.2 SDS与磷酸盐提取全麦粉PPO的活性变化及时间特性

2.3 室温下和37℃水浴条件下PPO吸光度的变化

3 讨论

第二节 普通小麦及其近缘种属PPO活性的变异研究

1 材料和方法

1.1 试验材料

1.2 试验方法

2 结果与分析

2.1 普通小麦及其近缘种属的PPO活性变异分析

2.2 PPO活性分布

3 讨论

第三节 小麦多酚氧化酶基因初步定位

1 材料和方法

1.1试验材料

1.2 试验方法

2 结果与分析

2.1 PPO-1和PPO-2基因的染色体定位

3 讨论

第四节 小麦PPO-1和PPO-2基因多态性与PPO活性关系的研究

1 材料与方法

2 结果与分析

2.1 PPO-1和PPO-2多态性分析

2.2 PPO-1和PPO-2多态性分布及与PPO活性的关系

3 讨论

第五节 籽粒PPO基因分子机理及动态表达的初步研究

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 PPO-2基因功能区序列分析

2.2 PPO一2功能区域推导氨基酸分析

2.3 小麦籽粒PPO同工酶分析

2.3.1 籽粒不同发育阶段PPO同工酶的表达

2.3.2 成熟籽粒及萌动时期PPO同工酶分析

2.4 PPO-2基因转录水平的动态分析

3 讨论

第六节 抗坏血酸对籽粒PPO活性的影响

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.2 PPO提取、活性测定及Vc对其的影响

2 结果与分析

2.1 分光光度法与酶标仪法测定PPO活性的比较

2.2 Vc对籽粒PPO活性的影响

2.3 Vc对籽粒PPO活性抑制的持续性和稳定性

3 讨论

第七节 抗坏血酸对面片色泽的影响

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.2 制粉

1.3 面片的制作

1.4 面片色泽测定

1.5 不同Vc含量对面片色泽的影响

1.6 Vc对面片色泽、PPO活性的持续性影响

2 结果与分析

2.1 不同含量的Vc对面片色泽的影响

2.2 Vc处理后，面片在0-12h内色泽的变化

2.3 Vc对面片PPO活性的影响

3 讨论

结论

参考文献

致谢

个人简介

发布时间: 2005-07-18

参考文献

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