小麦戊聚糖含量的QTL定位及迟熟α-淀粉酶鉴定

论文摘要

小麦作为三大粮食作物之一,仅次于水稻与玉米,世界年总产量已超过6亿吨。20世纪90年代初期,以“高产、优质、高效”为目标的农业生产发展新要求,改良小麦品质日益成为我国小麦育种的重要目标。随着谷物化学界对小麦品质性状的遗传研究的深入,对影响小麦营养品质和加工品质的重要组分—戊聚糖研究较少。中国西南麦区,小麦收获期通常遭遇阴雨潮湿天气发生穗发芽。致使小麦品质劣化,产量损失严重并影响下年的播种质量。因此,小麦抗穗发芽一直是小麦育种的一个重要项目。α-淀粉酶活性的提高是造成穗发芽的重要原因之一,有些小麦品种在籽粒成熟后期α-淀粉酶合成率较低,因而表现抗穗发芽特性。但也有些品种在籽粒成熟后期无降雨的条件下会重新合成一些高等电点的α-淀粉酶（pI6.3—7.5）,即迟熟a-淀粉酶（Late mature a-amylase, LMA）,从而导致成熟籽粒中含有较高的α-淀粉酶活性,田间一旦遇雨,立即穗上发芽。所以,迟熟α-淀粉酶与穗发芽之间具有一种潜在的密切关系。针对以上问题,本研究以普通小麦高代品系R97与R146杂交,经多代培育构建的103个重组自交系（RILs）群体为供试材料,对其戊聚糖性状进行了遗传分析和QTL初步定位；利用3,5-二硝基水杨酸法对小麦籽粒成熟期间α-淀粉酶酶活性进行了测定,并结合面粉降落值指标以及聚丙烯酰胺凝胶同工酶电泳技术综合分析,主要结果如下：1.RILs群体家系间戊聚糖含量变异分析通过对构建的小麦RILs群体家系间戊聚糖含量分析表明,总戊聚糖、水溶性戊聚糖和非水溶性戊聚糖平均含量分别为7.270%、1.001%和6.269%,三者变异幅度分别为4.827-8.371%、0.659-1.556%和3.931-7.556%,标准差分别为0.649、0.156和0.642,变异系数分别为8.93%、15.57%和10.25%。总戊聚糖与水溶性戊聚糖、非水溶性戊聚糖含量均呈极显著正相关。水溶性戊聚糖含量主要集中在0.9-1.1%之间,总戊聚糖含量主要集中在6.5-7.5%之间。由标准差和变异系数可以看出,总戊聚糖、水溶性和非水溶性戊聚糖含量在不同家系间存在广泛的遗传变异,遗传改良的潜力较大。各性状在RIL群体间遗传变异的变幅较大均有超亲现象。对所调查的戊聚糖性状进行频率分布分析,群体的以上各性状均符合或接近连续正态分布,体现出数量基因控制的分离群体的特点,说明本研究群体适合遗传作图。2.戊聚糖含量的QTL定位利用复合区间作图方法（CIM） LOD=2.5,对籽粒总戊聚糖、水溶性戊聚糖和非水溶性戊聚糖性状进行QTL分析。总戊聚糖（TP）、水溶性戊聚糖（WSP）和非水溶性戊聚糖（WIP）3个性状的6个QTL位点被检测出来,这些位点主要在1A,4A,4D,6B上出现。其中总戊聚糖（TP）在4D上检测到一个较大的QTL位点,LOD值为15.27,加性效应为0.17,显性效应为0.21,贡献率为24%。水溶性戊聚糖（WSP）在4A染色体上发现了较大贡献率的QTL（22%）,其峰值位于染色体82.2cM的位置处,另外在4D和6B上也发现了贡献率为5%、10%的2个位点。非水溶性戊聚糖含量（WIP）共检测出两个QTL位点,分别位于1A和4A染色体上,贡献率为7%和14%。3.经分析得出,总戊聚糖含量较高的家系17个,其总戊聚糖含量均高于8%,适宜用于培育保健性强的食用小麦。另外发现1个总、水溶性戊聚糖含量均较低的家系,分别为4.827%和0.659%,适合用于做饲料小麦品种亲本,来自于4月7日开花。说明小麦品种戊聚糖含量除受基因型决定外,还受其生育期的影响,开花时间越晚,戊聚糖含量越低。4.迟熟α-淀粉酶的鉴定发现1#、20#、52#家系在无穗发芽时成熟种子内合成高pI（6.3—7.5）α-淀粉酶-1同工酶。因此,推测这几个家系携带迟熟α-淀粉酶基因。其降落值分别为108、284、187秒,认为LMA的表达存在基因和环境的互作。总体上在小麦开花后30d即可检测到高pI（6.3—7.5）α-淀粉酶-1同工酶,且活性较高。随着发育程度的加深,淀粉酶的活性变化不大,直到开花后42d,活性保持一个极高水平。52#家系种子成熟时低pI（4.9-6.0）的α-淀粉酶,2降解速度较快。这些结果对进一步研究迟熟α-淀粉酶基因在我国西南麦区抗穗发芽培育具有指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 文献综述
• 1. 戊聚糖（Pentosan）
• 1.1 戊聚糖的概念
• 1.2 戊聚糖的分类和分子结构
• 1.3 戊聚糖的含量
• 1.4 戊聚糖含量的测定方法
• 1.5 戊聚糖的遗传学研究
• 2. QTL定位研究
• 2.1 分子标记
• 2.2 QTL研究方法与理论基础
• 2.2.1 QTL定位群体
• 2.2.2 QTL定位的统计分析方法
• 2.3 小麦重要品质性状QTL研究进展
• 3. α-淀粉酶研究进展
• 第一章 小麦重组自交系籽粒戊聚糖含量的QTL定位
• 1 前言
• 2 材料和方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 田间试验
• 2.3 戊聚糖含量的测定
• 2.3.1 样品制备
• 2.3.2 木糖标准曲线绘制
• 2.3.3 水溶性戊聚糖含量的测定
• 2.3.4 总戊聚糖含量的测定
• 2.3.5 戊聚糖的计算公式
• 2.4 DNA提取及标记分析
• 2.4.1 DNA提取
• 2.4.2 PCR扩增
• 2.4.3 PAGE-银染
• 2.4.4 电泳结果记录
• 2.5 遗传图谱的构建
• 2.6 统计分析和QTL分析
• 3 结果与分析
• 3.1 RIL群体戊聚糖含量的测定与遗传变异分析
• 3.2 不同家系小麦总戊聚糖、水溶性戊聚糖与非水溶性戊聚糖含量的相关分析
• 3.3 不同生育期小麦家系戊聚糖含量差异分析
• 3.4 遗传图谱
• 3.5 QTL分析
• 4 讨论
• 4.1 戊聚糖
• 4.2 戊聚糖QTL定位
• 第二章 小麦重组自交系群体迟熟α-淀粉酶鉴定
• 1 前言
• 2 材料与方法
• 2.1 试验材料
• 2.1.1 材料选择
• 2.1.2 田间试验
• 2.2 仪器和试剂
• 2.2.1 仪器
• 2.2.2 试剂
• 2.3 试验方法
• 2.3.1 α-淀粉酶活力的测定
• 2.3.2 α-淀粉酶同工酶电泳
• 3 结果与分析
• 4 讨论
• 参考文献
• 附表
• 致谢