小麥胚乳蛋白體的合成累積與品質形成的分子機制研究

《小麥胚乳蛋白體的合成累積與品質形成的分子機制研究》是依託首都師範大學，由李小輝擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：小麥胚乳蛋白體的合成累積與品質形成的分子機制研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李小輝
• 依託單位：首都師範大學

項目摘要

利用本課題組經過多年培育的麵筋品質具有顯著差異的近等基因系CB037、CB037-A、CB037-A-B3h和CB037-A-B3-作材料，採用雙重免疫螢光染色技術（DIFS）、顯微技術（TEM、SEM、FCM）、蛋白質組學技術(2-DE,HPCE,RT-HPLC,UPLC,MS/MS等)與分子生物學方法（qRT-PCR），研究籽粒不同發育時期蛋白體以及谷蛋白聚合體的累積與麵筋品質的關係、谷蛋白基因在轉錄水平與翻譯水平上的表達模式對胚乳蛋白體合成與累積的影響、分子伴侶（PDI、BiP）基因的表達對蛋白體大小與品質的作用以及谷蛋白磷酸化和糖基化修飾與麵筋品質的關係等。首次從蛋白體的合成、累積的分子調控、谷蛋白亞基翻譯後修飾等方面研究小麥麵筋品質形成的分子機制，以期為小麥麵包品質改良提供理論依據。

結題摘要

本項目研究了小麥優質麵筋品質是如何形成的問題，在優質麵筋品質形成的分子機制、優質亞基鑑定與基因克隆以及麵筋品質鑑定技術方面取得了以下成果： 1. 建立了凝膠排阻色譜（Size-exclusion HPLC, SE-HPLC）分離谷蛋白大聚合體（GMP）的方法。該方法具有用量少、易操作的特點，可以用於品質育種的輔助選擇。 2. HMW-GS 的亞基組成影響谷蛋白超GMP的形成。5+10亞基比2+12更容易形成超GMP，而且在籽粒的整個發育時期都參與超GMP的形成。 3. HMW-GS的表達量影響小麥籽粒中蛋白體（PB）的形成 HMW-GS數量越多，PB的數量也越多；HMW-GS亞基含量低的材料中形成的PB顆粒較小。 4. 分子伴侶Bip、PDI與麵筋品質形成有關。從小麥中克隆的3個Bip基因具有完整的分子伴侶功能域，類似谷蛋白的表達模式以及定位在蛋白體表面的特點；3個二硫鍵異構酶PDI1-1、PDI3-1、PDI5-1與谷蛋白的轉錄同步。 5. 克隆了By18基因並開發了分子標記。從優質品系CB037-A-B3h中克隆了By18的完整序列，其序列與By8亞基僅有3個胺基酸殘基的差異，這3個代換導致By18的遷移率以及疏水性不同於By8。針對3’端1976處SNP位點開發的引物能夠從48個材料中將含有By18亞基的材料準確鑑定出來。 6. 鑑定與克隆了優質HMW-GS 1Slx2.3*和1Sly16*。兩個高大山羊草1Sl編碼的HMW-GS的導入顯著地改善了中國春的麵包加工品質，利用AS-PCR方法克隆了這兩個基因的完整開放讀碼框。 7. 建立了LMW-GS原核高表達的方法。在谷蛋白基因之前添加一段幾十到幾百鹼基易表達的DNA標籤做前導序列，能夠提高LMW-GS和醇溶蛋白在原核中的轉錄水平，產生了高水平表達的外源蛋白。 8. 立了UPLC分離LMW-GS的技術體系。具有分離速度快、重複性好、解析度高的優點，被用於LMW-GS的染色體定位、基因型與環境的互作分析以及等位變異鑑定等方面。 9. 鑑定和克隆了6個潛在優質的HMW-GS基因。ASy15*、AKx1*、AKx3*、AKx2.3、AKy20* 和AKy8*均發現於小麥近緣種山羊草，其中AKy8*的重複區中含有一個額外的半胱氨酸殘基，而AKx2.3的重複區較長，由816個胺基酸殘基組成。