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小麦及其近缘物种脂肪酸氧化酶和puroindoline b-2基因型鉴定和分子特征研究

2020-12-10阅读(215)

小麦及其近缘物种脂肪酸氧化酶和puroindoline b-2基因型鉴定和分子特征研究

论文摘要

1.面制品黄度是消费者评价面团品质的主要标准之一。这一特性是由于粗面粉中存在类胡萝卜素造成的，在面团加工过程中，类胡萝卜素的氧化降解主要是因为脂肪酸氧化酶（LOX）的存在。因此脂肪酸氧化酶（LOX）活性是决定小麦面粉及其面制品色泽的一个重要因素。1.1本试验以218份来自5个不同国家和地区的硬粒小麦品种为材料，利用特异性引物PCR扩增、限制性内切酶技术、DNA克隆和测序技术的方法以及核酸蛋白质检测仪、酶标仪，对所有试验材料的Lpx-B1基因型及其LOX活性进行了鉴定与分析。1.2本试验结果表明硬粒小麦中Lpx-B1基因家族分为Lpx-B1.1、Lpx-B1.2和Lpx-B1.3三个位点，其中Lpx-B1.1位点有三个等位基因：Lpx-B1.1a、Lpx-B1.1b和Lpx-B1.1c，而Lpx-B1.2和Lpx-B1.3则是一对等位基因。在218份硬粒小麦品种中共有118份属于Lpx-B1.1a基因型，占54.1%；21份属于Lpx-B1.1b基因型，占9.6%；79份属于Lpx-B1.1c基因型，占36.2%，表明在Lpx-B1.1位点Lpx-B1.1a和Lpx-B1.1c占据着主导地位。而在Lpx-B1.2和Lpx-B1.3位点上，有193份材料属于Lpx-B1.2基因型，占88.5%；25份属于Lpx-B1.3基因型，占11.5%，表明Lpx-B1.2等位基因在硬粒小麦种质资源中是主要的基因类型。1.3本试验通过对硬粒小麦种质资源LOX酶活测定结果表明，在不同基因型的硬粒小麦品种中LOX活性是不同的。方差分析结果表明在Lpx-B1.1位点，Lpx-B1.1b基因型的LOX酶活力是最高的，Lpx-B1.1a基因型酶活力次之，Lpx-B1.1c基因型酶活力最低，且差异极显著（P<0.01），同时研究表明Lpx-B1.1c的缺失可能导致了LOX酶活性的剧降；而方差分析结果表明Lpx-B1.3基因型的酶活力要显著高于Lpx-B1.2基因型（P<0.01）。1.4根据硬粒小麦品种中Lpx-B1基因型分布，共区分出4个不同的单体型：单体型Ⅰ，包括Lpx-B1.3和Lpx-B1.1b等位基因；单体型Ⅱ，包括Lpx-B1.2和Lpx-B1.1a等位基因；单体型Ⅲ，包括Lpx-B1.2和Lpx-B1.c等位基因；单体型Ⅳ，包括Lpx-B1.3和Lpx-B1.1a等位基因。成熟籽粒中Lpx-B1总的LOX活性在这4个单体型中是不同的：单体型Ⅰ、Ⅳ、Ⅱ、Ⅲ分别酶活性水平由高到低排列。1.5本试验研究了硬粒小麦品种中Lpx-B1基因家族的基因型分布与LOX活性之间的相关性，开发出了新的Lpx-B1-23分子标记，为我们针对不同的消费群体，正确的选择育种目标来满足其感官需求提供了科学依据。2.对普通小麦（Triticum aestivum L.）及其近缘物种进行puroindoline b-2变异的克隆和进化分析，可以促进我们了解小麦及其相关物种中puroindoline b-2基因的遗传多样性和演变。2.1本文研究了普通小麦（AABBDD）及其4个近缘物种：乌拉尔图小麦（T. urartu，Au Au）、拟斯卑尔脱山羊草（Aegilops speltoides SS）、粗山羊草（Ae. Tauschii，DD）和硬粒小麦（T. turgidum AABB），发现它们在与普通小麦puroindoline b-2变异相对应的Pinb2v-A1, Pinb2v-B1/Pinb2v-S1和Pinb2v-D1位点的都存在新的等位基因。2.2在这些位点共鉴定出9个新的等位基因，分别命名为Pinb2v-A1a到Pinb2v-A1c，Pinb2v-S1a到Pinb2v-S1e和Pinb2v-D1a。普通小麦及其近缘物种puroindoline变异或者等位基因的对比表明与多倍体中puroindoline b-2变异相比，二倍体中所有的等位基因均源于单核苷酸替换。2.3推断的氨基酸序列表明，由于终止密码子过早存在。导致了Pinb2v-A1位点的三个等位基因以及在Pinb2v-S1位点的四个等位基因（Pinb2v-S1a, Pinb2v-S1b, Pinb2v-S1c和Pinb2v-S1e）都不能正常翻译；而Pinb2v-D1位点的Pinb2v-D1a以及Pinb2v-S1位点的Pinb2v-S1d能够正常翻译，这可能表明puroindoline b-2变异在Ae. Tauschii中要比T. urartu和Ae. Speltoides中具有更高的保守性。同时，puroindoline b-2变异在研究的所有硬粒小麦和普通小麦中都能正常翻译。2.4尽管与多倍体小麦相比，二倍体小麦的等位基因多样性更为复杂，但是先前在硬粒小麦和普通小麦中鉴定出的Puroindoline b-2等位基因在本研究中的二倍体基因组供体上并没有找到。这些结果可能反映出了四倍体小麦和六倍体小麦的进化史，虽然它可能是基于普通小麦和硬粒小麦稳定性和功能选择的puroindoline b-2变异等位基因。2.5本文调查了普通小麦及其近缘物种puroindoline b-2变异，为我们了解小麦中puroindoline相关基因的遗传多样性和它们的进化史提供了有用的信息。

论文目录

  • 致谢
  • 摘要
  • 第一章 硬粒小麦脂肪酸氧化酶基因型鉴定
  • 1 文献综述
  • 1.1 面粉色泽的影响因素
  • 1.1.1 非遗传因素对面粉及其制品色泽的影响
  • 1.1.2 遗传因素对面粉色泽的影响
  • 1.1.3 小麦面粉色泽的改良
  • 1.2 小麦脂肪酸氧化酶
  • 1.2.1 脂肪酸氧化酶的分子结构
  • 1.2.2 脂肪酸氧化酶的分布
  • 1.2.3 脂肪酸氧化酶的命名和分类
  • 1.2.4 脂肪酸氧化酶功能特征
  • 1.3 脂肪酸氧化酶研究进展
  • 1.3.1 大麦中脂肪酸氧化酶研究进展
  • 1.3.2 普通小麦中脂肪酸氧化酶研究进展
  • 1.3.4 硬粒小麦中脂肪酸氧化酶研究进展
  • 1.4 puroindoline b-2 变异
  • 1.4.1 Puroindoline b-2v 基因的发现
  • 1.4.2 Puroindoline b-2v 基因特征及其功能
  • 1.5 研究目的与意义
  • 2. 引言
  • 3. 材料和方法
  • 3.1 试验材料
  • 3.2 试验方法
  • 3.2.1 酶活测定方法
  • 3.2.2 蛋白含量测定方法
  • 3.2.3 DNA 提取
  • 3.2.4 PCR 扩增
  • 3.2.5 克隆测序
  • 3.2.5.1 PCR 产物胶回收
  • 3.2.5.2 大肠杆菌感受态细胞制备
  • 3.2.5.3 目的片段的克隆
  • 3.2.5.4 质粒提取及酶切检测
  • 3.2.6 统计分析
  • 4. 结果与分析
  • 4.1 脂肪酸氧化酶活性表型分布
  • 4.2 Lpx-B1.1 位点基因型鉴定
  • 4.3 Lpx-B1.2 和 Lpx-B1.3 位点基因型鉴定
  • 4.4 不同国家和地区硬粒小麦种质资源中 Lpx-B1 等位基因分布
  • 4.5 不同国家和地区硬粒小麦 Lpx-B1 位点基因型组合分布
  • 4.6 Lpx-B1 位点变异对脂肪酸氧化酶活性的影响
  • 4.6.1 硬粒小麦品种中 Lpx-B1 基因的 LOX 活性分布
  • 4.6.2 硬粒小麦品种中不同基因型组合对 LOX 活性的影响
  • 5. 结论与讨论
  • 第二章 小麦及其近缘物种 puroindoline b-2 基因分子特征
  • 1. 引言
  • 2. 材料和方法
  • 2.1 试验材料
  • 2.2 试验方法
  • 2.2.1 基因组 DNA 提取及 PCR 扩增
  • 2.2.2 二倍体小麦中 puroindoline b-2 变异的克隆和测序
  • 2.2.3 聚类分析
  • 3. 结果
  • 3.1 乌拉尔图小麦（T. urartu）中 puroindoline b2-A1 变异的克隆
  • 3.2 拟斯卑尔脱山羊草（Ae. Speltoides）中 puroindoline b2-S1 基因的克隆
  • 3.3 粗山羊草（Ae. Tauschii）中 puroindoline b2-D1 基因的克隆
  • 3.4 硬粒小麦和普通小麦中 puroindoline b-2 基因的等位变异
  • 3.5 已知 puroindoline b-2 基因及其不同等位变异间的氨基酸序列比较
  • 3.6 聚类分析
  • 4. 讨论
  • 参考文献
  • ABSTRACT
  • 附表

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