小麦醇溶蛋白电泳分析及其在品种分类上的应用

河北农业技术师范学院学报　第13卷第2期,1999年6月
Journal of H ebeiA gro technical T eachers Co llege V o l.13　N o.2　June1999
小麦醇溶蛋白电泳分析及其在品种
分类上的应用
董　洪　平
(河北职业技术师范学院动农学系,昌黎,066600)
摘　要　采用聚丙烯酰胺凝胶电泳技术对200多个小麦品种的醇溶蛋白进行了分析。

结果表
明:醇溶蛋白带谱是品种的重要遗传特征,它既能区分所有具有遗传差异的品种(品系),又能(品系)间的亲缘关系的远近。

该方法分辨力高,重复性好,操作简便,成本低,可应用于品种鉴定、纯度分析和作为一种遗传选择标记应用于作物育种。

本次研究以品种间醇溶
蛋白带谱的相似系数为指标,采用类平均法,对其中部分品种进行了聚类分析。

聚类分析的结
果与品种间的亲缘关系相符,由此说明,醇溶蛋白凝胶电泳技术在小麦品种分类上有着重要
的意义。

关键词　小麦　醇溶蛋白　电泳　聚类分析
中图分类号　S512110213　Q9461125
小麦醇溶蛋白是种子胚乳中的主要贮藏蛋白质,在成熟的种子中约占蛋白质总量的40%,它不溶于水和中性盐溶液,仅溶于体积分数为0170～0180的乙醇。

70年代的研究表明:这种蛋白质不受种植环境和种子处理等因素的影响(除非土壤严重缺硫),而与品种的遗传特性有关。

小麦品种间醇溶蛋白组成差异很大,每个小麦品种都显示出各自独特的醇溶蛋白带谱组合,即品种的遗传“指纹”。

国外许多学者已将醇溶蛋白凝胶电泳分析技术应用于遗传育种和种子生产上,如品种鉴定,种子纯度检验,代换系、易位系和体细胞无性变异的鉴定,品质预测等方面。

近年来,国内学者在品种鉴定方面采用了这项技术,但多数侧重于方法上的研究。

本试验利用醇溶蛋白凝胶电泳分析技术,根据小麦品种间醇溶蛋白带谱的相似程度,采用聚类分析的方法,对小麦品种进行分类。

1　材料和方法
1.1　种子
小麦品种由河北职业技术师范学院农学系小麦育种研究室提供,用于聚类分析的36个品种及编号见表1。

1.2　试剂
本试验所用的所有试剂均为国产分析纯或化学纯。

用双重蒸馏水配制有关试剂。

1.3　仪器
电泳仪和电泳槽为北京六一厂生产。

收稿日期:1999-04-01
修改稿收到日期:1999-05-10
1.4　小麦醇溶蛋白提取
每个小麦品种取1粒种子,用刀片从中间横切,将带胚的一半编号储存,不带胚的一半用钳子夹碎,放入115mL的塑料离心管中。

每个离心管中分别加入提取液015mL,含5%的巯基乙醇和95%的贮存提取液(015m o l L T ris10mL+14g甘油+1.4g SD S,混匀滴加215%溴酚蓝至溶液染色,加水定容至70mL),室温下放置3h以上,将离心管转移至开水中沸腾3m in,5000r m in离心5m in,取上清液即为醇溶蛋白提取液。

115　凝胶溶液和电极缓冲液
分离胶、浓缩胶和电极缓冲液的配方分别见表2,表3和表4。

表1　小麦品种及编号
编号品种名称 编号品种名称 编号品种名称
1临漳1号138W S—5125W—67—72
2845091148W S—6126F—608—08—76
3河北矮3号15CA—8021927W—248—249
4620168W S—1962876(38)—1—2—3
584—26217CA—8412976(38)矮21—1
671—32118丰抗8号8076(38)—812
7F122198W S—703176(38)—79—1
8N S—257520原冬943276(38)—2—10
9N S—257421原冬963376(38)—2—5
10N S—2502 11—122昌乐2号3476(38)矮2—12
118W S—02323冀83—403035遗9740
128W S—02724F—34—7036遗9611
表2　分离胶配方mL 药品名称一胶室二胶室三胶室四胶室
3715%丙烯酰胺16.733.450.166.8 T ris pH6.81818371656147512水12175251503815051100 10%SD S015110115210 T E M ED010********.07501100 2%过硫酸铵1125215031755100
表3　浓缩胶配方mL 药品名称一胶室二胶室三胶室四胶室
20%丙烯酰胺3106109101210 T ris pH8.83106109101210水611121218132414 10%SD S01125012500137501500 T E M ED01010010200103001040 2%过硫酸铵0140018011201160
表4　电极缓冲液配方
药品名称一片胶二片胶三片胶四片胶
T ris g3116129131214
甘氨酸 g14.1281242135614 10%SD S mL10203040
水定容 L1234
116　电泳
每个样品槽加样15ΛL。

将电流稳定在
25mA(双胶室),电泳18～20h。

1.7　凝胶染色和脱色
胶板取下在50%甲醇+10%冰醋酸溶
液里(振荡)固定90m in,水洗30m in(两
次),去掉残余的SD S,用考马斯蓝R初染2～3d,再用考马斯G复染过夜,取出胶板拍照或绘制示意图。

2河北农业技术师范学院学报 13卷
1.8　带谱等级划分和计算机处理
凝胶版上的醇溶蛋白带谱依其有无和颜色深浅划为3个等级:0代表此处无带,1代表浅色带,2代表深色带。

将有关数据输入计算机,依据品种间醇溶蛋白带谱相似程度,计算机便自动将品种聚类。

2　结果与分析
2.1　不同小麦品种醇溶蛋白电泳结果的比较
图1仅给出20个小麦品种醇溶蛋白电泳结果的示意图。

从图1可以看出,20个小麦品种醇溶蛋白带谱一共由27条迁移率不同的蛋白带构成;每个品种都有各自特异的醇溶蛋白电泳带谱组合,20个品种中仅1条高迁移率宽带是共同的;品种间在低迁移率部位即高分子量区差异最为显著,在低分子量区的差异相对较小。

从图1可以看出,亲缘关系较近的品种,它们的醇溶蛋白带谱相似,如品种5与品种6及品种12与品种13,但由于遗传上基因的分离与重组的作用,造成来源于同一杂交组合的品系间在醇溶蛋白带谱上存在着明显的差异,如76(38)品系系列。

图1　不同小麦品种醇溶蛋白聚丙烯酰胺凝胶电泳结果示意图
3
2期 董洪平　小麦醇溶蛋白电泳分析及其在品种分类上的应用
212　36个小麦品种的聚类分析结果
表5　36个小麦品种的分组结果
组别品种代号
2,4,5,6,11,12,13,14,16,19
1,15,17,20,22,24,26,28,29
30,31,32,33,34
7,8,9,10
3,25,27 18,23,35,36
注:品种代号同表1。

依品种间醇溶蛋白带谱的相似系数为距离,采用类平均方法将36个品种进行逐步聚类(图2)。

聚类分析的结果与图1相符,亦即
与品种间的亲缘关系相符。

因此,可以将品种
的醇溶蛋白带谱特征作为品种分类的依据。

由图2可以将36个品种
在相似系数为
01331的水平上分为5组,各组里包含的品
种见表5。

图2　36个小麦品种聚类分析结果
3　讨 论
本研究通过聚类分析的方法,将所研究的品种划分为不同的组别。

从遗传关系上讲,同组内品种间的遗传距离较小,不同组的品种间遗传距离较大。

这在杂交育种和杂优利用亲本选配上具有非常重要的意义。

但通过醇溶蛋白带谱所反映的品种间距离与品种间的配合力、杂种优势的关系有待进一步探讨。

本研究采用的聚丙烯酰胺凝胶电泳技术,方法简单、准确,重复性好,特别是取样仅需半粒种子,余下带胚的半粒种子仍可以播种。

这样一方面利于研究醇溶蛋白组分与其它性状的遗传关系,建立醇溶蛋白分子标记;另一方面又便于将这种蛋白分子标记应用于作物育种的选择过程,将部分选择的过程由田间转移到室内,并把选择的时间由生长发育阶段的植株提前到种子时期。

利用蛋白分子标记进行选择,可以减轻田间工作量,提高实验效率和精确性,特别是对于那些田间不易鉴别的性状的筛选,显得更为方便。

醇溶蛋白分子标记与同工酶标记相比,更准确、稳定、可靠;与R FL P 遗传分子标记相比,对实验条件要求简单,成本低,易于推广普及应用。

4河北农业技术师范学院学报 13卷
致谢　在研究过程中曾得到孙耀中副教授、冯敏山副教授大力帮助,河北职业技术师范学
院96届毕业生李爱贤、王秀红、刘颖芬等同学参加了部分工作,在此一并致谢。

参
考
文
献
1　张尧庭,方开泰1多元统计分析引论1北京:科学出版社,1983
2　Bushuk W ,R R Zill m an .W heat cultivar identificati on by gliadin electropherogram s .Can J P lant Sci ,
1978(58):505～515
3　Zill m an R R ,W Bushuk .W heat cultivar identificati on by gliadin electropherogram s .Catalogue of
electropherogram fo r m ulas of Canadian w heat cultivars .Can J P lant Sci ,1979(59):287
～2984　D raper S R ,C raig E A .A pheo typ ic classificati on of w heat gliadin electropherogram s .Journal of the
N ati onal Institute of A gricultural Bo tany ,1981(51):390
～3995　E llis J R S ,Bem inster C H .T he identificati on of U K w heat varieties by starch gel electropho resis of
gliadin p ro teins .Journal of the N ati onal Institute of A gricultural Bo tany ,1977(14):221
～231作者简介
董洪平:42岁,男,硕士,副教授。

SD S 2POL YA CR YLAM I D E GEL EL ECTRO PHOR ES IS O F W H EA T GL I AD I N
AND IT S A PPL I CA T I ON TO CLA SS IF I CA T I ON O F VA R IET IES
Dong Hongp ing
(D ep t .of A gronom y ,HV TC ,Changli ,066600)
Abstract M o re than 200w heat varieties w ere exam ined by SD S 2po lyacrylam ide gel electrop ho resis of gliadin s ex tracted from single grain s .T he resu lt show ed that the differences and the relati on sh i p betw een the varieties cou ld be reflected by the electrop herogram s .T he m ethod u sed w as easy to be conducted w ith h igh reso lving pow er and cou ld be u sed to iden tify varieties and to test p u rity of varieties .O n the basis of their electrop herogram s varieties w ith the sam e b lood w ere classified in to the sam e group w h ich indicated that electropho resis of gliadin s w as u sefu l in classificati on of w heat varieties .
Key words w heat ,gliadin ,electrop ho resis ,clu ster analysis
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2期 董洪平　小麦醇溶蛋白电泳分析及其在品种分类上的应用。