普通小麦Waxy蛋白及其分子标记研究进展

Waxy蛋白在普通小麦直链淀粉合成过程中起关键作用。从Waxy蛋白对面粉品质的影响、Waxy蛋白亚基电泳分离技术、Waxy基因以及Waxy位点分子标记的研究进展等方面进行了阐述,并对目前存在的问题进行了分析和展望。     

一些小麦品种Waxy蛋白亚基分析

利用聚丙烯酰胺凝胶电泳(1D-SDS-PAGE)方法分析了227份国内外小麦品种(系)Waxy蛋白的缺失类型,在国内和国外小麦品种(系)中分别筛选到缺失Wx-B1蛋白亚基的小麦品种(系)15份和6份。国内小麦品种与国外相比,在主要淀粉特性上存在着较大的差距,澳大利亚优质面条小麦品种都缺失Wx-B1蛋白亚基,因此,这些缺失品种或品系可作为亲本,用于淀粉特性和面条品质的改良。     

Waxy蛋白缺失对小麦淀粉特性和中国鲜面条品质的影响

 淀粉特性是影响面条品质的重要因素。采用分馏和重组方法，研究了来自同一组合的8种不同Waxy蛋白缺失类型面粉直链淀粉含量、淀粉糊化特性及其中国鲜面条品质。结果表明，不同Waxy蛋白缺失类型显著影响直链淀粉含量和淀粉糊化特性，对直链淀粉含量的效应依次为：类型8（Wx-A1、Wx-B1和Wx-D1全缺失）>5（Wx-B1和Wx-D1）>7（Wx-A1和Wx-B1）>6（Wx-A1和Wx-D1）>3（Wx-B1）≌4（Wx-D1）>2（Wx-A1）。不同缺失类型淀粉糊化特性存在显著差异，按峰值粘度大小顺序依次为：类型8、3、5、4、6、7、2。Wx-B1缺失和Wx-D1缺失类型重组面粉的面条品质最优。糯小麦淀粉的峰值粘度和稀懈值显著高于非糯小麦，但反弹值很小，峰值时间短，糊化温度低。直链淀粉含量与煮熟面条TPA参数中硬度、胶着性和咀嚼性间正相关达1%水平（r =0.83～0.87），与弹性、粘着性、粘聚性和回复性间负相关达5%或1%水平（r =-0.53～-0.83）。淀粉糊化特性参数中低谷粘度、最终粘度、反弹值、峰值时间和糊化温度与面条感官评价的大多数指标如表观、适口性、韧性、粘性、食味和总评分间正相关达5%或1%显著水平，相关系数为0.53～0.91。稀懈值与上述面条品质指标间负相关达1%显著水平，相关系数为-0.66～-0.74。     

糯小麦及其Waxy基因的研究进展

小麦的淀粉分为直链淀粉和支链淀粉,在控制直链淀粉合成的酶中有一种关键的酶,称为Waxy蛋白,Waxy蛋白有3个基因位点,即Wx-A1、Wx-B1和Wx-D1,在六倍体小麦中它们分别位于7A、4A和7D染色体上,当这3个位点的基因都缺失时,小麦就呈现糯性,糯小麦是指不含直链淀粉或者直链淀粉含量很低的小麦品种,它对小麦的淀粉以及面团等特性都有很大的影响,并且在食品和非食品工业中也有着重大的用处,所以在近几年来出现了糯小麦的研究和培育的热潮,研究者利用蛋白质电泳技术鉴别出部分突变的品系,并利用分子标记及其他手段人工培育出了糯小麦;随着研究的深入,研究者发现了Waxy基因的新的突变;对以上的问题进行了综述,并对其中的部分问题作了分析和展望。     

新疆春小麦种质资源Waxy蛋白亚基多态性的检测

糯性小麦淀粉因不含直链淀粉或直链淀粉含量很低,所以在食品工业和非食品工业上有重要应用价值,是近年来许多国家小麦研究的重要课题.控制糯蛋白(Waxy)表达的3个位点的Wx-A1,Wx-B1和Wx-D1基因分别位于染色体的7AS、4AL和7DS上.利用SDS-PAGE电泳和分子标记的方法对国内外115份春小麦品种资源Waxy蛋白进行了鉴定,从中鉴定出Wx-B1亚基缺失材料16份,Wx-D1亚基缺失材料2份,未发现缺失Wx-A1亚基突变的材料.在所检测材料中也没有发现三个亚基都缺失的或其中两个亚基同时缺失的类型.在缺失Wx-B1亚基的材料中以新疆的春小麦品种居多,占缺失Wx-B1亚基材料的56.25;.     

普通小麦(T.aestivum L.)Waxy蛋白种质资源研究

用SDS-PAGE方法对国内外293份小麦品种(系)Waxy蛋白进行了鉴定，筛选出缺Wx-A1的材料2份；缺Wx-B1的材料15份，其中14份材料为本研究首次发现；缺Wx-D1的材料2份；同时缺失Wx-A1和Wx-B1的材料2份；全缺的材料3份。利用分子标记对不同的Waxy蛋白缺失类型进行了鉴定，开发了一个Wx-A1位点的共显性STS标记。     

人工合成六倍体小麦后代衍生群体Waxy蛋白亚基的分子标记

四倍体小麦与节节麦杂交培育的人工合成六倍体小麦已广泛应用于国内外小麦品种改良。以引自CIMMYT的Syn768、Syn769和Syn780人工合成六倍体小麦分别与中国四川成都平原主栽普通小麦品种杂交、回交的BC2F2：6后代群体中选育的113份优良高代系为材料,采用SSR特异引物的PAGE凝胶电泳对其Waxy蛋白亚基缺失类型进行了研究。结果表明,在所检测的121份材料中,8份材料缺失Waxy—B1型蛋白亚基,占全部材料的6．6％;没有检测到其他类型的缺失体。从每个人工合成六倍体小麦亲本材料所形成的后代衍生群体来看,Waxy-B1缺失体频率各不相同,说明Waxy蛋白亚基缺失类型在人工合成六倍体小麦后代衍生群体材料中的表现存在着随机性,与亲本的基因型状况关系极大。通过研究人工合成六倍体小麦与普通小麦杂交后代的Waxy蛋白亚基缺失类型,有助于提高分子标记育种效率。     

基于WGCNA挖掘谷子淀粉合成相关基因

[目的]淀粉是植物发育过程中重要的能源物质,也是影响作物品质的重要物质之一。明确谷子淀粉合成调控相关基因对于开展谷子品质分子育种具有重要意义。[方法]本试验对谷子及其它5种禾本科作物直链淀粉合成关键基因Waxy进行聚类,并对其基因特征进行了分析;对Waxy基因在谷子中的表达模式进行分析;以名优谷子品种晋谷21为材料,构建淀粉合成相关基因的共表达网络。[结果]确定了6个物种中Waxy氨基酸序列系统发育关系、基因结构及蛋白基序,明确了Waxy蛋白具有糖基转移酶(GT_1)和淀粉合成酶催化区(GT_5)2个保守性结构域;确定了Si4g02980基因是谷子籽粒淀粉合成的主效基因。WGCNA筛选出含淀粉合成相关基因数目较多的2个模块,确定了一批包括转录因子的候选基因。[结论]本研究结果可为进一步鉴定和克隆谷子淀粉合成调控关键基因及谷子品质分子育种提供理论支撑。     

小麦胚乳Wx蛋白缺失对籽粒淀粉含量的影响

旨在通过比较不同的小麦胚乳Wx蛋白亚基缺失类型材料籽粒的Wx蛋白总量支直链淀粉含量及总淀粉含量,明确胚乳Wx蛋白对支直链淀粉合成的作用。利用SDS-PAGE方法鉴定了13个品种Wx蛋白亚基组成,并测定了这些品种的Wx蛋白总量、直、支链淀粉含量及直/支比。结果表明,任何Wx基因缺失都会造成Wx蛋白合成数量的明显著减少,随着Wx基因不表达的数量增多,Wx蛋白合成的减少量增多;糯麦的直链淀粉含量最少。Wx蛋白含量与直链淀粉含量和直/支链淀粉含量之间存在极显著和显著的正相关,r=0.860 0,r=0.810 8;Wx蛋白含量与支链淀粉含量之间呈中度相关,r=0.402 7,这说明Wx蛋白总含量对直链淀粉含量的大小起到决定性作用,而对支链淀粉和总淀粉含量只有一定影响;通过操纵Wx基因可以改变籽粒胚乳中的直链淀粉含量和淀粉的直/支比,进而达到改进淀粉理化特性和加工特性的作用。     

Wx蛋白组成对小麦籽粒淀粉合成的影响

 【目的】通过对籽粒淀粉积累和淀粉合成关键酶的活性进行比较,初步明确不同Wx蛋白组成小麦品种淀粉理化特性差异的酶学基础。【方法】以6类Wx蛋白组成的14个小麦品种为试材,测定其籽粒灌浆过程中直、支链淀粉积累动态和4种淀粉合成关键酶的活性变化,对测定结果进行统计分析。【结果】Wx蛋白数目和类型对4种淀粉合成关键酶活性和直、支链淀粉合成有明显影响。随着Wx蛋白数目的增多,4种淀粉合成关键酶活性呈现升高的趋势,尤其是淀粉粒束缚淀粉合成酶（GBSS）,籽粒直链淀粉含量也相应升高。Wx-B1缺失蛋白对GBSS活性影响最大,直链淀粉合成能力下降最明显,其次是缺失Wx-D1蛋白,Wx-A1蛋白缺失作用最小。籽粒灌浆过程中,4种淀粉合成关键酶活性高度相关,并与直、支链淀粉含量密切相关,说明直、支链淀粉的合成是相互影响、相互制约、同步进行的。【结论】Wx基因是影响籽粒直链淀粉含量的重要决定因素,Wx基因可以通过自身数目和组成的变化,控制GBSS的活性,并对其它淀粉合成关键酶的活性产生影响,最终影响直、支链淀粉的合成,形成不同的淀粉理化特性和加工品质。     

糯小麦与其它作物淀粉特性的比较研究

【目的】阐明糯小麦与其它作物的淀粉理化特性差异,分析糯小麦淀粉在食品工业中的应用前景。【方法】以淀粉厂批量生产的糯小麦淀粉及市售食品级马铃薯、木薯、糯玉米、红薯、普通小麦、普通玉米作物淀粉为材料,比较研究直链淀粉含量、膨胀势、淀粉色泽、透光率、快速黏度测定仪（RVA）测定的淀粉糊化特性、差示扫描量热仪（DSC）测定的热力学特性及冻融析水率。【结果】糯小麦和糯玉米直链淀粉含量均小于1%,其它作物淀粉直链淀粉含量在22%—27%;糯小麦淀粉透光率与红薯淀粉差异不显著,显著低于马铃薯、木薯和糯玉米淀粉,显著高于小麦和玉米淀粉;糯小麦淀粉膨胀势和峰值黏度与糯玉米、红薯淀粉无显著差异,显著低于马铃薯、木薯淀粉,显著高于小麦和玉米淀粉;糯小麦淀粉糊化温度（RVA测定）、起始温度（DSC测定）显著低于其它作物淀粉;糯小麦淀粉回生值与糯玉米无显著差异,显著低于其余几种作物淀粉;糯小麦淀粉冻融析水率最低,显著低于其它作物淀粉。【结论】糯小麦淀粉与常用作物淀粉的多数理化特性存在显著差异。综合比较,糯小麦淀粉糊化温度（RVA测定）低、起始温度（DSC测定）低、回生老化程度小、冻融稳定性好,优于其它作物淀粉,对于改善速溶、快餐、冷冻食品品质及延长食品货架期有显著优势。     

赤麦5号与沈免96的淀粉性状及面条品质的研究

[目的]为研究糯小麦与普通小麦配麦的淀粉性状及面条品质。[方法]以糯小麦品系赤麦5号和普通的强筋小麦品种沈免96为材料,研究它们不同比例配麦的淀粉性状和面条品质。[结果]随着赤麦5号比例的增加,高峰黏度、低谷黏度、最后黏度、反弹值和糊化温度均呈递减的趋势,稀懈值和搅拌值先下降后上升。赤麦5号与沈免96配麦制作面条较单一品种好,以2∶8最好,面条色泽、表观状态、适口性、韧性、黏性、光滑性、食味和总分都达到了较高的值。[结论]糯小麦和普通小麦按一定比例搭配有利于部分淀粉性状的改善和面条部分品质的改良。     

糯小麦籽粒糖降解和淀粉积累特性研究

 【目的】比较糯小麦籽粒可溶性糖含量和淀粉含量与非糯小麦的差异，研究其花后籽粒中糖降解和淀粉积累特点，为糯小麦的育种和生产应用提供参考。【方法】2004～2005年度测定不同来源的17个糯小麦品系和4个非糯对照品种籽粒可溶性糖和淀粉含量，2005～2006年度选择其中3个糯小麦品系和2个非糯对照品种研究其花后籽粒中糖降解和淀粉积累动态。【结果】15个糯小麦品系籽粒可溶性糖含量显著高于所有对照品种，另2个糯小麦品系籽粒可溶性糖含量显著高于对照扬麦12和扬麦5号，而与扬麦158和扬麦9号差异不显著。4个对照品种之间淀粉含量差异不显著，扬麦9号最高，扬麦158最低；供试的17个糯小麦品系籽粒淀粉含量均低于对照扬麦9号，其中13个糯小麦品系低于扬麦158。籽粒中糖降解和淀粉积累动态研究表明花后10～17d糯小麦籽粒可溶性糖含量下降速率小，开花17d后3个糯小麦品系先后都经历一个淀粉含量增长的相对“停滞”阶段。【结论】糯小麦成熟期籽粒中可溶性糖含量高，淀粉含量低，可能与其灌浆前期籽粒中可溶性糖转化效率低，淀粉积累中后期经历一个相对“停滞”阶段有关，这主要是由于GBSS的缺失导致糯小麦不能合成直链淀粉改变了糯小麦糖转化和淀粉积累特性。在糯小麦育种中应加强对花后籽粒中可溶性糖转化效率和淀粉积累动态的研究，选择灌浆前期糖转化效率高，淀粉含量增长“停滞”阶段出现较迟的品种，以改良糯小麦籽粒饱满度。     

杂粮、糯小麦与普通小麦配粉对面团特性和面条品质的影响

杂粮面条具有很好的特色风味及营养保健功能,为拓宽糯小麦的应用范围,提高面条营养价值,利用两种杂粮粉（紫薯粉和苦荞粉）、两种筋力类型糯小麦粉与特一粉配粉,分析杂粮粉和糯小麦粉对面粉的理化特性及面条品质的影响。结果表明：糯小麦杂粮配粉及面条制作中,添加紫薯粉比添加苦荞粉总淀粉含量、稳定时间低,直链淀粉含量、吸水率和面条评分高;糯小麦比例提高,总淀粉含量升高,直链淀粉含量、面粉峰值粘度和回升值下降,面条评分增加;强筋糯小麦配粉更有利于杂粮面条品质改良,以30%扬糯麦2号和15%紫薯粉配粉,面条综合评分最高。     

糯小麦配粉对淀粉理化特性和面条品质的影响

研究了5个非糯小麦添加不同比例糯小麦面粉后淀粉糊化特性和面条加工品质的变化。结果表明,糯小麦面粉淀粉-碘吸收曲线与普通小麦显著不同,但与普通小麦支链淀粉-碘吸收曲线相近。糯小麦面粉淀粉理化特性与非糯小麦显著不同:直链淀粉含量较低,淀粉开始糊化早,最终粘度非常低,反弹值小,回生慢。普通小麦添加糯小麦面粉后,直链淀粉含量显著降低,但峰值粘度等指标并没有相应升高,面条品质也没有显著改善。不论添加糯麦粉与否,熟面条放置24 h或鲜面条放置72 h后其评分均显著下降,但添加糯麦粉后下降幅度减小,糯小麦加工的面条评分下降幅度更小,说明糯小麦面粉可以在一定程度上延长鲜湿面条的货架寿命。     

糯小麦及部分普通小麦品种主要淀粉性状的研究

以两个糯小麦和部分普通小麦品种(系)为试材,研究全麦粉的总淀粉含量、直链淀粉含量及糊化温度、高峰粘度、低谷粘度、稀懈值、最后粘度、反弹值和峰值时间等7个粘度性状.结果表明,与普通小麦相比,糯小麦的总淀粉含量变化不大,直链淀粉绝对含量和相对含量表现为极低的值,糊化温度、高峰粘度等7个粘度参数均表现为较低或极低的值.讨论了糯小麦在小麦淀粉品质及食品品质改良中的利用等问题.     

陕糯1号与非糯小麦西农1330胚乳发育及淀粉形态、粒径分析

【目的】比较分析糯小麦陕糯1号和非糯小麦西农1330胚乳发育及淀粉形态、粒径的差异,为糯性与非糯性小麦的品质改良和开发利用提供理论依据。【方法】选用陕糯1号（糯性）和西农1330（非糯性）2个小麦品种,取发育过程中籽粒（花后5、8、12、15、18、21、25和28 d）液氮速冻后横断,经戊二醛和锇酸固定、磷酸缓冲液漂洗、丙酮梯度脱水、Epon812胶包埋后,采用超薄切片机切成1 μm厚的半薄切片,经1%甲苯胺蓝染色后采用光学显微镜观察胚乳细胞发育。提取2个小麦品种的淀粉粒,将其与成熟期籽粒横断面分别固定在样品台上,经离子溅射镀金后用扫描电镜观察成熟期胚乳结构及淀粉粒形态。采用MASTERSIZER-2000激光粒度仪分析淀粉粒粒径分布特征,每个样品重复3次,测定结果采用DPS统计软件进行数据统计分析,Sigmaplot 12.0作图。【结果】在小麦籽粒发育过程中,陕糯1号胚乳细胞体积大小及增大幅度均小于西农1330,发育早期,二者淀粉粒表面均能被甲苯胺蓝染色,发育中后期,陕糯1号淀粉粒仍能被染色,西农1330淀粉粒则不能被染色。与西农1330相比,陕糯1号胚乳细胞内蛋白基质较少,蛋白质与淀粉粒结合较疏松。陕糯1号B型淀粉粒形态多为不规则的多边形,西农1330B型淀粉粒大多呈圆球形,二者A型淀粉粒形态无明显差异。陕糯1号和西农1330淀粉粒粒径分布存在差异。陕糯1号淀粉粒体积分布呈四峰曲线变化,西农1330则呈双峰曲线变化,二者表面积分布均呈三峰曲线变化,数目分布均呈单峰曲线变化。陕糯1号A 型（>10 μm）淀粉粒体积、表面积百分比均低于西农1330,B型（<10 μm）淀粉粒体积、表面积百分比均高于西农1330,二者A、B型淀粉粒数目百分比无明显差异。陕糯1号中SB型（<1 μm）淀粉粒的体积、表面积、数目占总淀粉粒比例分别比西农1330低1.11%、11.60%和9.28%,LB型（1-10 μm）淀粉粒的体积、表面积、数目占总淀粉粒比例分别比西农1330高8.27%、15.88%、9.27%。陕糯1号具有少量LA（>53 μm）型淀粉粒,而西农1330没有。【结论】在小麦籽粒发育过程中,陕糯1号与西农1330的胚乳发育及淀粉形态存在明显差异。LB型淀粉粒对陕糯1号与西农1330 B型淀粉粒粒径分布影响较大。     

糯麦新品系临糯7387的选育

糯小麦是一种新型小麦,籽粒几乎不含直链淀粉,理化特性明显不同于普通小麦,在食品工业和非食品工业中有着巨大的应用价值。近年来,我国育种家加强了糯小麦育种研究,利用多种方法开展了糯小麦品种选育研究。研究利用生产骨干品种与糯小麦杂交,通过糯性鉴定后进行1次回交,采用水旱交替选择、混合选择和株系选择相结合的选育方法,对选择的稳定品系进行异地多点鉴定,筛选出糯麦新品系临糯7387,初步探明该育种方法能有效地改善选育品系的农艺特性和生产特性。     

糯小麦遗传育种研究动态综述

糯小麦在食品和非食品工业中具有重要的应用价值.通过对国内外学者对糯小麦遗传育种研究动态的分析,综述了有关小麦籽粒胚乳中淀粉的遗传特性和类型、Wx蛋白的分离方法、Wx基因缺失位点在不同国家小麦品种中分布、糯小麦品种选育、品质特性以及应用前景等方面的重要研究进展.