甘肅省新育成小麥品種(系)面粉色度相關基因分子檢測

朵茂惠,趙池銘,汪軍成,姚立蓉,司二靜,楊 軻,孟亞雄,李葆春,王化俊,李興茂，尚勛武 ,馬小樂

(1.甘肅省干旱生境作物學重點實驗室，甘肅蘭州 730070; 2.甘肅農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院，甘肅蘭州 730070；3.甘肅農(nóng)業(yè)大學應用技術學院，甘肅臨洮 730500； 4.甘肅省農(nóng)業(yè)科學院旱作農(nóng)業(yè)研究所，甘肅蘭州 730070)

小麥面粉色澤是其市場評價的決定因素之一。歐洲面包對面粉白度的要求較低，日本的堿性面條則以面條為亮黃色為上乘，而中國大部分地區(qū)除加堿面條以外，饅頭、拉條子、包子等均對面粉的白度要求較高。面粉中的黃色素含量、多酚氧化酶(polyphenol oxidase，PPO)等對面條、饅頭等蒸煮食品的表觀色澤具有重要影響，也是小麥品質(zhì)改良的重要內(nèi)容。

黃色素是萜類色素物質(zhì)，其在面粉中的含量與面條色澤的相關性達到0.69～0.76。黃色素含量屬于數(shù)量性狀遺傳，主要受遺傳因素影響，其在第七同源群的數(shù)量性狀位點(QTL)效應較大。已開發(fā)的黃色素含量相關基因的STS標記中，7A染色體上有兩個，和；7B上有、、和共4個標記；7D上有和兩個標記。高黃色素相關等位基因及低黃色素相關等位基因通過特異性標記可被準確檢測。

PPO可催化酚類物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應產(chǎn)生醌類物質(zhì)或催化多酚類變?yōu)檠鹾硝?，后者與蛋白質(zhì)氨基酸殘基或糖類發(fā)生反應，產(chǎn)生褐色或黑色的沉積物，從而造成面粉及其制品酶促褐變，造成白度降低。環(huán)境和基因型都影響PPO的活性，但主要受基因型影響?？刂芇PO活性的主效基因位于第二同源群染色體上。Sun等開發(fā)了位于2AL的基因的STS標記；Si等開發(fā)了位于2BL的多酚氧化酶基因的STS標記；He等開發(fā)的STS標記和為互補標記。這些標記可以有效檢測與PPO活性相關的基因。

小麥中1BL/1RS易位系攜帶抗銹(、、)、抗白粉病()等基因，可增強小麥的抗逆性，對小麥豐產(chǎn)具有重要作用。但1BL/1RS易位系易使小麥面團的耐揉性減弱、面團發(fā)黏、亮度減小。Zhang等研究表明，1BL/1RS易位對小麥面粉的黃色素含量、面粉黃度、面粉亮度有較大影響。周 陽等研究發(fā)現(xiàn)，非1BL/1RS易位系小麥品種面團彈性較強，有較好的面包和面條品質(zhì)。近些年，關于甘肅省新育成品種(系)1BL/1RS易位系及面粉色度相關基因分布的報道較少。因此，本研究對甘肅新育成小麥品種(系)中面粉色度相關基因(黃色素含量、PPO)和1BL/1RS易位系進行分子標記檢測，為篩選小麥優(yōu)良親本和加速品質(zhì)育種提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本研究以甘肅省近10年新育成的甘春32號、隴春43號等103份的小麥新品種(系)為材料，以甘春20號(1998年育成，非1BL/1RS易位系)為陰性對照，以甘春24號(1BL/1RS易位系)為陽性對照。

1.2 試驗方法

1.2.1 DNA提取

參考李亞青等用CTAB法提取葉片DNA。

1.2.2 分子檢測

1BL/1RS易位系的鑒定采用-和兩個特異性引物進行(表1)。黃色素相關基因STS標記有、、、、、；PPO活性相關基因STS標記為、、、(表1)。1BL/1RS易位系擴增體系及程序參考李亞青，其余的參考楊芳萍等方法。三次重復。

表1 鑒定色度基因功能標記的引物相關信息Table 1 Primer related information of functional markers for identification of flour color

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用 Excel 2010 對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 1BL/1RS易位系的分布

利用-和的特異性引物對供試品種進行1BL/1RS易位系檢測(圖1)，結果表明，天選49號、中梁32號等37份材料為1BL/1RS易位系，占供試材料的35.9%；隴41號、中梁22號等42份材料為非1BL/1RS易位系，占供試材料的40.78%；有24份材料同時擴增出-和產(chǎn)物，推測這些材料可能是片段易位或者其他易位類型。

M:Marker; 1～17和20～23:參數(shù)品種(系); 18:甘春24號; 19:甘春20號。M:Marker; 1-17 and 20-23:Varieties(lines) tested; 18:Ganchun 24; 19:Ganchun 20.圖1 部分參試品種(系)ω-secalin標記(A)和 Glu-B3(B)標記PCR擴增圖譜Fig.1 PCR amplification of ω-secalin and Glu-B3 marker of some tested varieties(lines)

2.2 黃色素含量和PPO活性相關基因的分布

對103份甘肅新育成小麥品種(系)的黃色素(圖2)和PPO活性相關基因(圖3)進行分子檢測，結果(表2和表3)表明，位點共檢測到3個等位變異，分別是、和，其中攜帶有的品種最多，共有94個品種(系)，占供試材料的91.26%；8個材料攜帶有，占供試材料的7.77%；高黃色素含量基因僅在中梁22號中檢測到。在位點也有3個等位變異，有64個品種(系)檢測到，占供試材料的62.13%；攜帶有29個品種(系)，占供試材料的 28.16%；中梁25號等19份材料攜帶有高黃色素含量基因，頻率為18.45%。在位點有2個等位變異， 攜帶的有100份材料，只有三份材料攜帶，分別是中梁22號、銀春9號和隴麥479號。

M:Marker; 1～24:參試品種(系)。M:Marker; 1-24:Varieties(lines) tested.圖2 部分參試品種(系) YP7A-2(A)、 YP7B-2(B)標記PCR擴增圖譜Fig.2 PCR amplification of YP7A-2 and YP7B-2 markers of some tested varieties(lines)

M:Marker; 1～14:參試品種(系)。M:Marker; 1-14:Varieties(lines) tested.圖3 部分參試品種(系)PPO18標記PCR擴增圖譜Fig.3 PCR amplification of PPO18 marker of some tested varieties(lines)

表2 供試品種(系)分子檢測結果Table 2 Molecular results of the tested varieties(lines)

(續(xù)表2 Continued table 2)

表3 等位基因變異的分布頻率Table 3 Distribution frequency of allelic variation

對PPO活性基因進行統(tǒng)計分析后表明，位點共有2個等位變異，有56份材料攜帶有，頻率為 54.36%；36份材料為低 PPO 活性等位變異。位點有2個等位變異，攜帶有80 個材料，頻率為 77.67%；攜帶有18個材料，占到 19.46%。PPO-D1位點也有2個位點，攜帶占 59.22%， 58 份材料攜帶中高 PPO 活性等位變異，占40.77%。

攜帶高黃色素含量基因型組合//共有17個，占總數(shù)的16.5%；1093-13C和酒春7號2個品種攜帶低黃色素含量基因型組合//，占總數(shù)的 1.94%；其余為中間類型。PPO活性中，1095-16A和定豐12號2個材料攜帶高活性PPO基因型組合//，中梁24號等9個材料攜帶低活性PPO基因型組合//，其余為中間類型。說明甘肅省新育成小麥品種(系)黃色素含量和PPO活性的基因型組成以中間類型的居多。

3 討 論

3.1 1BL/1RS易位系的分布

Zhang等研究發(fā)現(xiàn)，1BL/1RS易位會影響面粉色澤，1RS對面粉黃度和面粉亮度有較大影響，對中國白鹽面條品質(zhì)的色澤負向效應較大。本研究結果表明，甘肅省新育成小麥品種(系)中有35.92%為1BL/1RS易位系，與馬小樂研究結果中甘肅省小麥品種的1BL/1RS易位系分布頻率41.27 %相比，易位系頻率有所下降，說明在近年來小麥新品種培育工作加強了品質(zhì)育種。1BL/1RS易位系在小麥高產(chǎn)高抗育種中被廣泛利用，甘肅省天水地區(qū)銹病高發(fā)，天選系列和中梁系列為該地區(qū)主播小麥品種，1BL/1RS易位系所占比例較高，如天選49號、中梁42號等17個品種，所占比例達63.4%，說明該地區(qū)對面粉色澤的選擇性較低，抗銹是很重要的篩選指標。有24份材料同時擴增出和1BS產(chǎn)物，未來可以通過原位雜交等確定這些材料是其他易位系還是1B易位雜合品種。

3.2 其他面粉色澤相關基因的分布

饅頭、面條是甘肅地區(qū)人們的主食，鮮白的面條和饅頭外觀品質(zhì)仍舊是很多地區(qū)人們的要求。低黃色素含量、低PPO活性、非1BL/1RS易位系成為小麥品種色澤改良的重要育種目標。 本研究中，位點上高黃色素含量相關基因頻率較高，達90%以上，這與楊芳萍的研究結果一致；胡鳳靈等及張立平等研究表明，控制高黃色素含量的基因型組合為//，控制低黃色素含量的基因型組合為//，本研究中該組合的頻率分別為16.50%和 1.94%，黃色素含量為中間型的材料較多，這與楊芳萍、周渭皓等研究結果一致。本研究結果也表明，甘肅省新育成品種(系)對于加工黃堿面條等對面粉黃度要求高的食品有利，對于加工面條和饅頭等傳統(tǒng)面食品還需要進一步改良面粉的白度。