摘要
小麦(Triticum aestivum L. ) 是我国重要的粮食作物，加工品质特性决定其制成面食品的综合表现，因此加工品质优良是小麦新品种培育的重要目标。小麦籽粒面筋蛋白是影响小麦加工品质的重要因素，在品质遗传改良中发挥了至关重要的作用。面筋蛋白由谷蛋白和醇溶蛋白组成，谷蛋白分为高分子量谷蛋白和低分子量谷蛋白，前人研究主要集中于高分子量谷蛋白优良等位变异的挖掘和利用以及谷蛋白积累的调控机制解析等方面，但关于醇溶蛋白对于加工品质中的贡献的研究还不够深入，尤其是单个醇溶蛋白亚基对加工品质的影响尚不清楚。本研究在醇溶蛋白组成、序列信息分析的基础上，挖掘影响加工品质的关键醇溶蛋白基因和优良等位变异。取得的主要研究结果包括: 1、利用转录组三代测序技术在全基因组水平分析了小麦籽粒醇溶蛋白基因序列。通过SMRT测序技术，结合2代短读长测序技术矫正SMRT测序结果，在全基因组水平挖掘了农大3672籽粒醇溶蛋白基因，共鉴定出57个醇溶蛋白转录本，其中37个编码α型醇溶蛋白，16个γ型醇溶蛋白，4个ω型醇溶蛋白。 2、挖掘出2 个编码小麦籽粒γ 型醇溶蛋白主效基因。利用A-PAGE 电泳技术检测了206 份小麦种质资源籽粒γ 型醇溶蛋白组成，发现Gli-γ1 和Gli-γ2 为主要的γ 型醇溶蛋白类型。在Fielder 参考基因组中发现了11 个γ 型醇溶蛋白编码基因，其中位于 1B 和 1D 染色体的 TraesFLD1B01G010600 和TraesFLD1D01G005600 在授粉后胚乳中表达水平远高于其他基因。利用CRISPR/Cas9 介导的基因编辑技术，确定TraesFLD1D01G005600 ( Gli-γ1-1D)编码Gli-γ1。利用图位克隆策略明确TraesFLD1B01G010600 ( Gli-γ2-1B) 编码Gli-γ2。 3、明确了γ型醇溶蛋白对加工品质的影响，Gli-γ1 -1D和Gli-γ2-1B缺失后SDS沉降值、面筋指数显著提高，面团稳定时间提高，面团弱化度降低，说明γ型醇溶蛋白缺失能够提升小麦品质。R5乳糜泻过敏源分析发现，敲除Gli-γ1 -1D和Gli-γ2-1B分别降低了76％和68％的乳糜泻相关过敏源含量。 4、 发现Gli-γ2-1B 存在8 种单倍型，共编码4 种氨基酸序列，命名为Gli-γ 1-Ⅰ 到Gli-γ1-Ⅳ。其中Gli-γ1-Ⅰ 和Gli-γ1 -Ⅱ 为主要类型。携带Gli-γ1 -Ⅰ 材料的SDS 沉降值高于携带Gli-γ 1 -Ⅱ 材料，说明Gli-γ1 -Ⅰ 为优异的单倍型。利用Gli-γ 1-Ⅰ 和Gli-γ1 -Ⅱ 的序列差异开发KASP 标记区分Gli-γ1 -Ⅰ 和Gli-γ1 -Ⅱ。该标记为Gli-γ1-Ⅰ 在品质育种中的筛选、导入及优异等位基因的聚合提供了技术支持。
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