甘肃省新育成小麦品种(系)面粉色度相关基因分子检测

朵茂惠,赵池铭,汪军成,姚立蓉,司二静,杨 轲,孟亚雄,李葆春,王化俊,李兴茂，尚勋武 ,马小乐

(1.甘肃省干旱生境作物学重点实验室，甘肃兰州 730070; 2.甘肃农业大学农学院，甘肃兰州 730070；3.甘肃农业大学应用技术学院，甘肃临洮 730500； 4.甘肃省农业科学院旱作农业研究所，甘肃兰州 730070)

小麦面粉色泽是其市场评价的决定因素之一。欧洲面包对面粉白度的要求较低，日本的碱性面条则以面条为亮黄色为上乘，而中国大部分地区除加碱面条以外，馒头、拉条子、包子等均对面粉的白度要求较高。面粉中的黄色素含量、多酚氧化酶(polyphenol oxidase，PPO)等对面条、馒头等蒸煮食品的表观色泽具有重要影响，也是小麦品质改良的重要内容。

黄色素是萜类色素物质，其在面粉中的含量与面条色泽的相关性达到0.69～0.76。黄色素含量属于数量性状遗传，主要受遗传因素影响，其在第七同源群的数量性状位点(QTL)效应较大。已开发的黄色素含量相关基因的STS标记中，7A染色体上有两个，和；7B上有、、和共4个标记；7D上有和两个标记。高黄色素相关等位基因及低黄色素相关等位基因通过特异性标记可被准确检测。

PPO可催化酚类物质发生氧化还原反应产生醌类物质或催化多酚类变为氧合醌，后者与蛋白质氨基酸残基或糖类发生反应，产生褐色或黑色的沉积物，从而造成面粉及其制品酶促褐变，造成白度降低。环境和基因型都影响PPO的活性，但主要受基因型影响。控制PPO活性的主效基因位于第二同源群染色体上。Sun等开发了位于2AL的基因的STS标记；Si等开发了位于2BL的多酚氧化酶基因的STS标记；He等开发的STS标记和为互补标记。这些标记可以有效检测与PPO活性相关的基因。

小麦中1BL/1RS易位系携带抗锈(、、)、抗白粉病()等基因，可增强小麦的抗逆性，对小麦丰产具有重要作用。但1BL/1RS易位系易使小麦面团的耐揉性减弱、面团发黏、亮度减小。Zhang等研究表明，1BL/1RS易位对小麦面粉的黄色素含量、面粉黄度、面粉亮度有较大影响。周 阳等研究发现，非1BL/1RS易位系小麦品种面团弹性较强，有较好的面包和面条品质。近些年，关于甘肃省新育成品种(系)1BL/1RS易位系及面粉色度相关基因分布的报道较少。因此，本研究对甘肃新育成小麦品种(系)中面粉色度相关基因(黄色素含量、PPO)和1BL/1RS易位系进行分子标记检测，为筛选小麦优良亲本和加速品质育种提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本研究以甘肃省近10年新育成的甘春32号、陇春43号等103份的小麦新品种(系)为材料，以甘春20号(1998年育成，非1BL/1RS易位系)为阴性对照，以甘春24号(1BL/1RS易位系)为阳性对照。

1.2 试验方法

1.2.1 DNA提取

参考李亚青等用CTAB法提取叶片DNA。

1.2.2 分子检测

1BL/1RS易位系的鉴定采用-和两个特异性引物进行(表1)。黄色素相关基因STS标记有、、、、、；PPO活性相关基因STS标记为、、、(表1)。1BL/1RS易位系扩增体系及程序参考李亚青，其余的参考杨芳萍等方法。三次重复。

表1 鉴定色度基因功能标记的引物相关信息Table 1 Primer related information of functional markers for identification of flour color

1.3 数据处理

采用 Excel 2010 对试验数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 1BL/1RS易位系的分布

利用-和的特异性引物对供试品种进行1BL/1RS易位系检测(图1)，结果表明，天选49号、中梁32号等37份材料为1BL/1RS易位系，占供试材料的35.9%；陇41号、中梁22号等42份材料为非1BL/1RS易位系，占供试材料的40.78%；有24份材料同时扩增出-和产物，推测这些材料可能是片段易位或者其他易位类型。

M:Marker; 1～17和20～23:参数品种(系); 18:甘春24号; 19:甘春20号。M:Marker; 1-17 and 20-23:Varieties(lines) tested; 18:Ganchun 24; 19:Ganchun 20.图1 部分参试品种(系)ω-secalin标记(A)和 Glu-B3(B)标记PCR扩增图谱Fig.1 PCR amplification of ω-secalin and Glu-B3 marker of some tested varieties(lines)

2.2 黄色素含量和PPO活性相关基因的分布

对103份甘肃新育成小麦品种(系)的黄色素(图2)和PPO活性相关基因(图3)进行分子检测，结果(表2和表3)表明，位点共检测到3个等位变异，分别是、和，其中携带有的品种最多，共有94个品种(系)，占供试材料的91.26%；8个材料携带有，占供试材料的7.77%；高黄色素含量基因仅在中梁22号中检测到。在位点也有3个等位变异，有64个品种(系)检测到，占供试材料的62.13%；携带有29个品种(系)，占供试材料的 28.16%；中梁25号等19份材料携带有高黄色素含量基因，频率为18.45%。在位点有2个等位变异， 携带的有100份材料，只有三份材料携带，分别是中梁22号、银春9号和陇麦479号。

M:Marker; 1～24:参试品种(系)。M:Marker; 1-24:Varieties(lines) tested.图2 部分参试品种(系) YP7A-2(A)、 YP7B-2(B)标记PCR扩增图谱Fig.2 PCR amplification of YP7A-2 and YP7B-2 markers of some tested varieties(lines)

M:Marker; 1～14:参试品种(系)。M:Marker; 1-14:Varieties(lines) tested.图3 部分参试品种(系)PPO18标记PCR扩增图谱Fig.3 PCR amplification of PPO18 marker of some tested varieties(lines)

表2 供试品种(系)分子检测结果Table 2 Molecular results of the tested varieties(lines)

(续表2 Continued table 2)

表3 等位基因变异的分布频率Table 3 Distribution frequency of allelic variation

对PPO活性基因进行统计分析后表明，位点共有2个等位变异，有56份材料携带有，频率为 54.36%；36份材料为低 PPO 活性等位变异。位点有2个等位变异，携带有80 个材料，频率为 77.67%；携带有18个材料，占到 19.46%。PPO-D1位点也有2个位点，携带占 59.22%， 58 份材料携带中高 PPO 活性等位变异，占40.77%。

携带高黄色素含量基因型组合//共有17个，占总数的16.5%；1093-13C和酒春7号2个品种携带低黄色素含量基因型组合//，占总数的 1.94%；其余为中间类型。PPO活性中，1095-16A和定丰12号2个材料携带高活性PPO基因型组合//，中梁24号等9个材料携带低活性PPO基因型组合//，其余为中间类型。说明甘肃省新育成小麦品种(系)黄色素含量和PPO活性的基因型组成以中间类型的居多。

3 讨 论

3.1 1BL/1RS易位系的分布

Zhang等研究发现，1BL/1RS易位会影响面粉色泽，1RS对面粉黄度和面粉亮度有较大影响，对中国白盐面条品质的色泽负向效应较大。本研究结果表明，甘肃省新育成小麦品种(系)中有35.92%为1BL/1RS易位系，与马小乐研究结果中甘肃省小麦品种的1BL/1RS易位系分布频率41.27 %相比，易位系频率有所下降，说明在近年来小麦新品种培育工作加强了品质育种。1BL/1RS易位系在小麦高产高抗育种中被广泛利用，甘肃省天水地区锈病高发，天选系列和中梁系列为该地区主播小麦品种，1BL/1RS易位系所占比例较高，如天选49号、中梁42号等17个品种，所占比例达63.4%，说明该地区对面粉色泽的选择性较低，抗锈是很重要的筛选指标。有24份材料同时扩增出和1BS产物，未来可以通过原位杂交等确定这些材料是其他易位系还是1B易位杂合品种。

3.2 其他面粉色泽相关基因的分布

馒头、面条是甘肃地区人们的主食，鲜白的面条和馒头外观品质仍旧是很多地区人们的要求。低黄色素含量、低PPO活性、非1BL/1RS易位系成为小麦品种色泽改良的重要育种目标。 本研究中，位点上高黄色素含量相关基因频率较高，达90%以上，这与杨芳萍的研究结果一致；胡凤灵等及张立平等研究表明，控制高黄色素含量的基因型组合为//，控制低黄色素含量的基因型组合为//，本研究中该组合的频率分别为16.50%和 1.94%，黄色素含量为中间型的材料较多，这与杨芳萍、周渭皓等研究结果一致。本研究结果也表明，甘肃省新育成品种(系)对于加工黄碱面条等对面粉黄度要求高的食品有利，对于加工面条和馒头等传统面食品还需要进一步改良面粉的白度。