小麦籽粒颜色性状相关基因型鉴定及其优异基因挖掘

论文摘要

小麦籽粒中的多酚氧化酶（PPO）和黄色素含量是影响面制品颜色性状的重要指标。多酚氧化酶是导致面制品在加工过程中发生酶促褐变的主要原因，而黄色素含量过高将导致面粉黄度增加，同时面粉的白度降低，二者都是导致面粉色泽性状不受中国消费者欢迎的主要原因。因此，通过遗传改良的途径培育出面粉白度高的小麦品种将成为当前品质育种工作的重点之一。研究表明，控制籽粒中PPO活性和决定面粉中黄色素含量的八氢番茄红素合成酶（Phytoene Synthase，PSY）基因的部分主效基因已经得到了克隆，并且针对特定的等位基因类型已经开发了相应的功能标记用于筛选该等位变异。本研究采用已经开发的功能标记，对来自我国黄淮麦区的173份地方品种、历史品种、当前主栽品种和81份河南省2009-2010年与2010-2011年度区试小麦新品系以及57份来自意大利的硬粒小麦，采用PCR扩增、同源克隆以及DNA测序等方法，进行这两个主要品质性状相关的等位变异类型鉴定和基因序列分析；同时，对PPO活性进行测定，确定基因型与表型之间的对应关系；对未知基因类型的品种采用同源克隆的方法，以期发现新的等位变异。本研究主要结论如下：1.黄淮麦区中同时含有低PPO活性和低黄色素含量的优异等位变异类型小麦品种较少。在黄淮麦区的254份材料中仅发现13份材料同时含有优异等位基因组合Psy-A1b/Psy-B1b和Ppo-A1b/Ppo-D1a类型，品种名称分别为高优503、远丰898、晋麦54、鲁麦15、冀麦38、繁6、矮丰3号、圆柱、冀5092、冀矮9号、豫麦3号、豫麦1号、郑麦0856在这13份材料中，PPO活性值较低，平均为18.8；同时，这些品种含有等位基因Psy-A1b/Psy-B1b（低黄色素含量基因组合），对降低籽粒中黄色素含量起重要作用。这些小麦品种籽粒中PPO活性和黄色素含量较低，可以作为未来品质育种中亲本材料的理想选择。2.采用同源克隆的方法得到Ppo-A1g等位变异类型的基因全长。测定其PPO活性发现，该类型小麦品种表现出低PPO活性，参试品种中具有该类型的品种分别为冀874-109、庆丰1号、齿牙糙、红蜷芒，其籽粒PPO活性分别为16.3、15.9、25.3、18.5。通过与Ppo-A1a和Ppo-A1b序列比对分析发现，和Ppo-A1a类似，同样缺失191bp的片段，Ppo-A1g基因下游存在较多的InDel和SNP位点，推测这些差异位点的存在可能导致了该类型基因表达量降低，进而使籽粒中PPO活性下降。3.部分材料PPO活性与基因型存在不一致的现象。研究发现，并不是所有的材料得到的基因型与表型一致，尤其是基因型鉴定属于低PPO活性的小麦品种西农6028和蚂蚱麦，其PPO活性分别为54.0和60.8，差异尤其明显。我们推测在该材料中可能存在新的主效QTL位点，其对PPO活性的影响效应更大。4.在硬粒小麦中发现等位变异类型Psy-A1a，这是对前人研究结果的补充。本研究发现，在试验中用到的意大利硬粒小麦中不仅仅有两种等位变异类型：Psy-A1d和Psy-A1e，还存在等位变异类型Psy-A1a，该基因类型在普通小麦和硬粒小麦中同时存在。因此，本研究丰富了硬粒小麦在Psy-A1位点等位变异类型的多样性。本研究表明，在分子标记辅助选择育种中，仅仅通过YP7A-2不能简单的确定硬粒小麦品种的等位变异类型，需要YP7A标记的共同辅助，才能确定小麦品种的基因类型。由于当前开发的标记较少，标记检测的准确性和重复性还有待进一步的验证。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• 1 文献综述
• 1.1 面制品颜色的形成原因与影响因素
• 1.2 小麦籽粒中多酚氧化酶研究进展
• 1.2.1 多酚氧化酶的由来
• 1.2.2 多酚氧化酶的分布
• 1.2.3 PPO 的生理生化特性
• 1.2.4 PPO 的结构特征
• 1.2.5 PPO 与面制品颜色褐变
• 1.2.6 PPO 活性的影响因素
• 1.2.7 PPO 基因的遗传学特征
• 1.2.8 小麦籽粒 PPO 活性分子标记开发的现状
• 1.3 小麦籽粒黄色素含量研究进展
• 1.3.1 黄色素的组成与生物合成途径
• 1.3.2 黄色素的生理及生化功能
• 1.3.3 小麦籽粒黄色素含量的遗传分析
• 1.3.4 黄色素合成相关基因的克隆与表达分析
• 1.3.5 小麦籽粒黄色素含量分子标记的开发现状
• 1.4 小麦分子标记技术的研究进展
• 1.5 电子克隆技术
• 1.6 本研究的目的和意义
• 2 引言
• 3 材料与方法
• 3.1 试验材料
• 3.2 试验方法
• 3.2.1 籽粒多酚氧化酶（PPO）活性测定
• 3.2.2 小麦单籽粒 DNA 提取
• 3.2.3 PCR 扩增和琼脂糖凝胶电泳
• 3.2.4 PMD19-T vector 克隆
• 3.2.5 聚丙烯酰胺凝胶电泳
• 3.2.6 色差仪分析
• 3.2.7 吹泡仪参数测试
• 3.2.8 统计分析
• 4 结果与分析
• 4.1 黄淮麦区小麦颜色相关性状的表型及其基因型分布
• 4.1.1 籽粒 PPO 活性表型分析
• 4.1.2 PPO 基因型分布
• 4.1.3 小麦籽粒 PSY 基因型分布
• 4.1.3.1 Psy-A1 基因的等位变异分布
• 4.1.3.2 Psy-B1 基因等位变异分布
• 4.1.3.3 PSY 基因型组合分布
• 4.1.4 优质等位基因组合分析
• 4.2 河南区试小麦新品系颜色性状基因型分布
• 4.2.1 PPO 基因型分布
• 4.2.2 PSY 基因型及其与面粉黄度的关系
• 4.3 PPO 基因型与小麦面粉吹泡仪参数间的关系
• 4.4 硬粒小麦 PSY 基因型分布
• 4.4.1 Psy-A1 位点基因型分布
• 4.4.2 Psy-B1 位点基因型分布
• 5 结论与讨论
• 5.1 PPO 活性与基因型的关系分析
• 5.2 Ppo-A1g 等位变异对 PPO 活性的影响
• 5.3 黄淮麦区历史品种及河南省新培育小麦品系的品质特征分析
• 5.4 硬粒小麦 PSY 基因等位变异类型研究
• 参考文献
• ABSTRACT
• 附图