大麦醇溶蛋白研究概况

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脯氨酸(06 2. 摩尔百分数) 但比C组醇溶蛋白略低一 , 筹; 必需氨基酸和碱性氨基酸缺乏; 较特殊的是相对富 有含硫氨基酸( 半耽氨酸 25 .摩尔百分数) ,致使B 组 多肤部分以单体,部分通过二硫键以聚合体形式存在
于生物体 。关 于 B 醇溶 蛋白末端 氨基酸 的研 究远 落后
o h f Z a X ay n A S r e fr e eerh h n io a : u v y t R sac o Hod i o B re r en aly f 7日收到 。 本文于 18 年 5月 2 99
遗传 H R DT S eig 1 () 35- E E IA ( in) 6: Bj 2
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综迷
大麦醇溶蛋白研究概况
湛 小 燕
( 国水稻研究所, 中 杭州 300) 106
本文综合概述了近年来大麦醇溶蛋白( odi) H re 的研究情况,涉及醇溶蛋白各组 ( ,, ,)多 n A BCD 肤的含量、 分子量、 等电点,氨基酸组成和序列等生化特性;多肤多态性及形成机制; 基因结构、 定位及
PQ N p y
f 1
醇溶蛋白的 Ho2H r r, l位点是多基因簇,由一原给 o
基 因经重复、 趋异形成 的紧密连 锁基 因群E9 41 ,。由于醇
(..f表示预测的 9折叠) a.. .. - 用拨肤酶Y水解法测定 C端, - 认为 C 多肤可能有2 ,
类,即一 a Sr0 0 和一 l Me 0 0 Vl e 0 H 一 - Le t 0 H。关 于 C - -
醇溶蛋白基因 Gi l2在第 6 同源染色体短臂「,, ”,。 ,
三、利用醇溶蛋白多态性进行品种鉴定
不 同种与 品种醇溶 蛋白并不完全相同 ,构成 了差
的 2%,但渐减至 2 天的 1%,并稳定下来;相应 0 6 4
观 察到 B 的增加 ,从幼 小组织的 3 % 到成 熟种子的 : 0
异。由于多肤是基因产物,因而特征多肤是相对稳定
蛋白 。
有较高的结构同源性〔’N 端 3个残基仅 1 ”, - 0 个有替 代, 2 1 个残基后是 3 个重复序列 (r/o- l- l- poLuGnGn poT ro 个随机糜蛋白酶切序列是八肤 (r- r-y) 2 po GnGnpopepoGnGn。 由于苯丙氨酸可 l- l-r-h-r- 1- l) 替代酩氨酸, 这八肤可能是 5 肤加3 队。另有人‘ 川以
与其他 基因( 如抗 白粉 病基 因) 的连 锁关 系 ; 多肤鉴 别的一 系列实验方 法; 白质体和发 育中各组醇 进行 蛋
溶蛋白多肤的积累和差异; 高赖氨酸突变体( RS 10, S5)基因结构及与醇溶蛋白合成的关 如 ip58 R (6 c i P
系等 方面 。
根据 Obre溶解度分类法,大 麦胚乳蛋白 s n o
多态性, 多肤数 B 至少三四十个, C至少一二十个,每 种多肤在品种和地理上的分布有差异,同一组内各多 肤分子量、 等电点等不同, 却有相似的氨基酸组成和末 端氨基酸序列〔 对这些现象目前一般认为编码 BC 川。 ,

短臂 、
长臂
图 1 大麦第 5 色体部分 基因连锁 图 染 Ho 1 醇溶蛋白 r C Ho 2 醇溶蛋 白 r B
R s 5 测定 的 N 端 序列 为 i O 6 -
B 组是大麦醇溶蛋白的重要组成之一,占总醇溶 蛋白的 7-9%1。 分子量据不同测定方法有所不 0 0 ' 1 一, 用电泳法为 300 60 道尔顿,用平衡超速离 50-400
心为 300 50 道 尔顿 。等 电点 P60 8 0 20-3 00 1.- . ,富 含谷氨酞胺 、 谷氨酸 ( l G n+ G u . 摩尔 百分数 ) l 3 4 5 、
溶蛋白不承担重要生理功能, 可以忍受较多突变, 故有 明显的多态性。点突变、 缺失和/ 或插入可能对多态性 起作用, 除了造成等电点和溟化氰断裂型改变, 后者通 过不对等交换或对错误配对 D A的修正, N 改变了多
肤分 子量 。这些趋 异途径也可解释同 组多肤 有不同的 等电点和分子量 却有相 似的末端氨 基酸序列 。有研究
长臂 , 距着丝粒 9 r1 c 2。大麦第 5 m 3 染色体 着丝粒可能 位于 f s 短臂 端 ,这样 ,Ho3距着丝粒大约 也是 2的 r 9m c 。小麦 w 型醇 溶 蛋白与 c组同源, G i 一 由 l1 编码, 在 第 1 色体短臂 , Gu 6c , H r 和 H r 染 距 ll m 与 ol 6 o3
于对C醇溶蛋白的研究。 曾有人用矮 肤酶 双crc a b xppiae 水解C端, yet s Y d ) - 检侧释放的氨基酸并据量 与时间关系推知 B醇溶蛋白可能的序列为一 G - , 坛
V l0 0 , a 0 H B的 N 端 氨基酸 分析 由于不能进 行埃 - -
德曼降解 (d a dgaao)而难以进行, Em n r t n e di 未见报
醇溶蛋白二级结构,不少人认为〔‘”是 R折 叠。 .书 ’ - ,, 没有 “ 螺旋和 (片层, 一 3 - 是由于脯氨酸的存在, N 在 -
端, 每隔 234 ,, 个残基 就 出现 1 脯氨酸 , 次 而形成 。 - 螺旋或 R 片层的最 小残基 数分别 为 56 - ,0
表明组内各多肤在序列同源程度上表现出差异,这可
月o 3 醇 溶 蛋 白 r D
R s (r) 抗黄锈病1 p4 4 Y
共显性
A n俘 里I

nc 叶上坏死点 el
rt u s幼叶白条斑 s
了2 s 脆茎 隐性
抗 白粉病 显性
黑果皮
二 者结果基 本相似 , HolR s 但 r- p4间图距相去甚远 , 分 别 为 15m 和 1.c ,原 因不明 。Se r .c 59m hw y认 为 Mn i,与 H r, r, s不连锁 , Jne o3 Hol R p 但 esn以 为
道.
看, 醇溶蛋白都不理想, 致使大麦营养价值偏低,影响
人畜 利用 。因而长期 以来,人们 对醇溶蛋 白进行 了多
方面的研究, 包括蛋白的组成、 结构及利用多态性进行
品 种鉴定 , 因定 位和遗 传, 基 蛋白质体和 发育中 醇溶蛋
C 占总醇溶蛋白的 1-3%, 组, 0 0 分子量50。 50一 700 50 道尔顿 (D 一A E S SP G )Hale Waihona Puke Baidu 500 20 道尔顿( 平衡超
粉 基因 , 同时也就把某 些醇 溶蛋 白等 位基因 引进来。 这
Mn i。与 二 间有松散连锁(68 .) 现有倾向 。1 3.f ; 42 认为 M n i。可能并不真正位于第, 染色休, 有待进一 步证明。另据报道E1 3, 0 抗白粉病基 因 Ma M l i, 。与 l
H r, o2连 锁 。Hol Ho2间距 01 1 .2 ol H r r, r .6 +006 c , 1 m M a位于 之间 ,跟 Ho 1 H r r o 2间距 004 , .6 士 0 00 002 .2c o r, r 和 Ml Ml .2 和 .8 f 04m H lH 2 0 o o a l , e
A组, 占总醇溶蛋白含量的 1-%, -2 分子量 200 00 道尔顿以下,等电点 p55 .,含有比 BC组多 1.-7 0 ,
肚 明显低的 谷氨酞 胺、 氨酸和 相对高的 赖氨酸 , 脯 表现
出很小或几乎没有遗传变异,并且很有可能不存在于 蛋白质体[ 1 3, 1因此一般倾向于认为A组多肤不是醇溶
的间距 (48 .c )很接近。小麦 r型醇溶蛋白 6.士33m 一
与B 组多眯氨 基酸组成相 似, Gi 由 l1编码; 样 , 这 小 麦 Gi l1可能对应 于大 麦的 Ho 1和 H r r o 2 。小麦
早,1 天胚乳液状体,1 天电泳检测不到特征带型, 4 8
但此 后醇溶蛋 白合成迅 速增加,2 0天胚乳 达 干 重 的 4 %, 0 可见 电泳带型 ,2 天胚乳 已达 干重 的 “%。在 2 发育 过程 中, 胚乳时 C 幼小 达到高峰 , 约占总醇溶蛋白
的; 虽然环境 因子 可影 响蛋 白含量 , 但特征多肤的 有无 全 然不 受影响,这样 ,醇 溶蛋白就成 为品种的标 记或
“ 指纹”)泛应用于品种或种的鉴定。 分离各醇溶蛋 , 一 与
白多肤的方法有 电泳 ,包括早期 使用的淀粉凝胶 电泳
(G ) S E,尿素一 聚丙烯酞胺凝胶电泳 (r -A E 和 ue P G ) a
速离心 ) ,等 电点 p50 6 0 富含谷 氨酚胺、谷氨 I. - .。
白积累, 高赖氨酸突变体及与醇溶蛋白的关系等。 国外
研究 较活 跃, 其是英 国、 国和丹 麦; 国起步较 晚, 尤 美 我
酸( l Gn+G u 摩尔百分数)脯氨酸(0摩尔百分 l4 0 、 3
数)缺乏 必需氨基酸 和酸或 碱性 氨基 酸,赖氨酸和 蛋 , 氨酸 含量比 B 溶蛋 白还低 ,平 均每 条多肤链 仅 1 醇 个 赖 氨酸 残基 。 与 B 同的是 没有 或痕量半肤 氨酸 , 不 多
能暗示重 复、趋异 是在长 时期内分 几次发 生 的。可能
D 占总醇溶蛋白的2 %, 组, -4 分子量10 以 0 00 0 上,P80左右, 1. 含有较多甘氨酸。品种间变异很小,
单向 电泳仅具一条带 ,但 双向电泳或其他 高分辨 率方 法表 明它包含了若 干等电点不同 的多肤 ,并可 能以聚 合 的形式存在于生 物体 。 众多证据表明〔 1 C zB 4 和 组醇 溶蛋白有 极 明 显 的
一连锁,意味着醇溶蛋白分析可作为抗白粉病育种的 初级检测C7 从杂交子二代分离看,H r, r 20 6 ol H 2 o , Ho3均为 121 >00) r :: ( .5,表明是共显性遗传。 P
比较大 麦醇溶蛋 白基因位置与相应基 因在 小麦上
的位置是很有意义的 ( ) 小麦高分子量型蛋白 图2。 丈 MW) H 由等位基因 Gu l1编码, 位于第 1 同源染色体
的紧密联锁,客观上造成某些抗白粉病基因与特定醇
榕蛋 白等 位基因联合 , 一些情况 下, 种中引进抗 白 在 育
短臂
Gl i
长肴 小麦 第 I同源 桑
Gl r .
色体(B染色 1 体)
小 麦第 5染 色体
H o 2 o l r H r Ho 3 r
图 2 醇溶蛋 白基因在大、 小麦染 色体上位置 比较
由于检测方法限制和等位基因剂量效应干扰,Ho1 r , H r, 3位点内部未见重组报道, o2H r o 而这种重组在决 定不同多肤在现代大麦系列中的分布可能起到了重要
作用。
二、醇溶蛋白基因定位及遗传
醇 溶蛋白各组 多肤 基因及定位长 期 以 来 颇 受 重 视 。一 致认为 H r o 2 H r o 1H r o 3位于第 5 , , 染色 体。 较 完整连锁图是 Jne"3 Se r 3 提 出的( e s ' 和 hw y = n r〕 图 10 )
报道不多。 一、醉溶蛋 白的组成 、 结构和多态性
大 麦醇 溶蛋 白据氨 基酸组 成、 子量等分 为 A B 分 , ,
C D , 4组 。
肤一般以单体形式存在; 但也有人〔’ 1认为C组各多肤 3 可能相互或与其他醇溶蛋白多肤以氢键或疏水作用而
聚合 , 种聚合在提 取过程 中被破坏 了。 组 内各多肤 这 C
目前广为使用的十 二烷基磺 酸钠一 聚丙 烯酚胺 凝 胶 电
5%。 由此可见,Ho2Ho 1的表达是有差异 0 r r , 的「’ “。另外, 若硫成为限制因子, 也将导致BC比例 , 的改变,因为合成B 醇溶蛋白需要含硫氨基酸,而C 组多肤几乎不含半胧氨酸,籽拉发育过程中A的相对 量也渐减。值得注意的是组内各多肤积累速率也有差 异, B B 相对增加, 如 组, 1 而这种增加不可能是其他 B
可分成 清蛋 白 (lu i)球 蛋 白 (l uis, 溶 a mn、 b g bl ) 醇 o n
蛋白 (o n hre )和谷蛋白 (lti) 其中醇溶蛋 di gu l 。 en
白占 总蛋 白的 4-6 %, 种子蛋 白的 重 要 组 成 部 0 0 是 分 。 然而 无论从必 需氨基酸 含量还是 从氨基 酸 平 衡
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