植物学报 ›› 2017, Vol. 52 ›› Issue (5): 579-589.doi: 10.11983/CBB16158

• 研究报告 • 上一篇    下一篇

偃麦草属植物醇溶蛋白和谷蛋白多态性及系统学研究

杨艳1,2, 张海琴1, 凡星1, 沙莉娜1, 康厚扬1, 王益1, 周永红1,*()   

  1. 1四川农业大学小麦研究所, 成都 611130
    2西华师范大学环境科学与工程学院, 南充 637009
  • 收稿日期:2016-07-31 接受日期:2016-11-11 出版日期:2017-09-01 发布日期:2017-07-10
  • 通讯作者: 周永红 E-mail:zhouyh@sicau.edu.cn
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(No.31270243)

Polymorphism of Gliadin and Glutelin and Systematics Studies in Elytrigia

Yan Yang1,2, Haiqin Zhang1, Xing Fan1, Lina Sha1, Houyang Kang1, Yi Wang1, Yonghong Zhou1*   

  1. 1Triticeae Research Institute, Sichuan Agricultural University, Chengdu 611130, China
    2College of Environmental Science and Engineering, China West Normal University, Nanchong 637009, China
  • Received:2016-07-31 Accepted:2016-11-11 Online:2017-09-01 Published:2017-07-10
  • Contact: Yonghong Zhou E-mail:zhouyh@sicau.edu.cn

摘要:

运用酸性聚丙烯酰胺凝胶电泳(A-PAGE)和十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)对偃麦草属(Elytrigia) 24个物种的醇溶蛋白和谷蛋白进行了研究。以中国春为参照, 按醇溶蛋白和谷蛋白电泳图谱条带迁移距离大小和条带多态性对供试材料进行聚类分析。结果显示, 24份供试材料均呈现不同的醇溶蛋白和谷蛋白电泳图谱, 共分离出醇溶蛋白带纹83条和谷蛋白带纹53条, 多态性均达100%, 并且在相同染色体组组成的物种中, 染色体数目越多, 其蛋白带纹越多; 偃麦草属24个物种的醇溶蛋白和谷蛋白图谱均有明显差异, 蛋白图谱可作为鉴定偃麦草属物种的指纹图谱。聚类分析结果显示, 在材料间的醇溶蛋白遗传相似性系数为0.66时, 24份材料被划分为6个主要类群, 含E和St基因组的物种具有较近的亲缘关系; 在谷蛋白遗传相似性系数为0.62时, 24份材料被聚为4大类。聚类结果表明, 染色体组成未知的物种Et. pachynera可能为异源多倍体物种。

关键词: 偃麦草属, 醇溶蛋白, 谷蛋白, 多态性

Abstract:

The polymorphism of gliadin and glutelin in 24 species in Elytrigia was studied by using A-PAGE and SDS-PAGE. With reference to Chinese Spring, cluster analysis was applied in all the tested materials based on the stripe migration distance and stripe polymorphism on electrophoretography. Different electrophoresis patterns of gliadin and glutelin appeared in all the 24 tested materials, and 83 gliadin and 53 glutelin bands were extracted, which indicated 100% polymorphism. The Elytrigia species could be an excellent germplasm source for improving the wheat proteins. Furthermore, the number of bands increased with increasing chromosome number within the same genome. The gliadin and glutelin patterns from the 24 Elytrigia species showed differences, which could be used as a fingerprint for identifying different species from Elytrigia. The 24 species were divided into six groups with 0.66 genetic similarity coefficient for gliadin, and species carrying E and St genes had closer phylogenetic relationship. However, the 24 species were divided into 4 groups with 0.62 genetic similarity coefficient for glutelin. Although the genome composition of Et. pachynera is unknown, the cluster results implied that it is an allopolyploid species.

Key words: Elytrigia, gliadin, glutelin, polymorphism

表1

供试偃麦草属材料"

No. Species Genome 2n Accession No. Origin
1 Elytrigia bessarabica (Savul & Rayss) Dubovik E 2x PI531711 Estonia
2 Et. caespitosa ssp. nodosa (Nevski) Tzvel ESt 4x PI531734 Estonia
3 Et. caespitosa (C. Koch) Nevski ESt 4x PI547311 Leningrad Russian Federation
4 Et. elongata (Host) Nevski E 2x PI578682 Nebraska United States
5 Et. farcta (Viv.) Holub EEE 6x PI531727 France
6 Et. geniculata (Nevski) Tzvelev StSt 4x PI639753 Russian Federation
7 Et. geniculata ssp. pruinifera (Nevski) Tzvelev - 6x PI547374 Russian Federation
8 Et. intermedia (Host) Nevski EESt 6x PI223668 Iran
9 Et. intermedia ssp. intermedia (Host) Nevski EESt 6x PI229917 Iran
10 Et. kosaninii (Nábélek) Dubovik St 2x PI237636 Turkey
11 Et. libanotica (Hackel) Holub St 2x PI229583 Iran
12 Et. pachynera Prokudin - 6x PI440059 Former Soviet Union
13 Et. podpera (Nábělek) Holub EEE 6x PI228387 Iran
14 Et. pontica (Podp.) Holub EEEEE 10x PI636523 Argentina
15 Et. pungens (Pers.) Tutin EStStP 8x PI547268 Leningrad Russian Federation
16 Et. pycnantha (Godr.) Á. Löve EStP 6x PI531741 France
17 Et. rechingeri (Runemark) Hulub EE 4x PI531745 Greece
18 Et. repens (L.) Nevski StStH 6x Y0814 China
19 Et. scirpea (K. Presl) Holub EE 4x PI531749 Italy
20 Et. scythica (Nevski) Nevski ESt 4x PI283272 Former Soviet Union
21 Et. stipifolia (Czern. ex Nevski) Nevski St 2x PI313960 Former Soviet Union
22 Et. strigosa (M. Bieb.) Nevski StSt 4x PI531752 Estonia
23 Et. tauri (Boiss. & Bal.) Tzvel St 2x PI401330 Iran
24 Et. varnensis (Velen.) Holub EEEEStSt 12x PI281863 Germany

表2

偃麦草属24份材料的醇溶蛋白和谷蛋白带纹数"

No. The num-
ber of
gliadin bands
The num-
ber of
glutelin bands
No. The number of
gliadin bands
The number of
glutelin bands
1 14 14 13 22 20
2 19 14 14 31 22
3 14 14 15 25 15
4 23 16 16 30 10
5 15 18 17 16 16
6 20 20 18 19 17
7 22 17 19 22 16
8 24 19 20 28 17
9 22 14 21 12 16
10 20 15 22 19 19
11 16 13 23 17 15
12 16 11 24 22 15

图1

偃麦草属24份材料的醇溶蛋白A-PAGE电泳图谱(A)和谷蛋白SDS-PAGE电泳图谱(B)Cs: 中国春小麦。其余材料序号同表1。"

表3

24份偃麦草属植物醇溶蛋白的遗传和相似性系数"

表4

24份偃麦草属植物谷蛋白的遗传相似性系数"

图2

24份偃麦草属材料的醇溶蛋白(A)和谷蛋白(B)聚类图材料序号同表1。"

[1] 陈默君, 贾慎修 (2002). 中国饲用植物. 北京: 中国农业出版社. pp. 136-140.
[2] 董超华, 徐如宏, 张庆勤 (2003). 小麦醇溶蛋白和谷蛋白研究进展. 山地农业生物学报 22, 164-168.
[3] 高梅, 张国权, 魏益民, 张继澍, 党娇, 王秋娟 (2007). 小麦醇溶蛋白A-PAGE电泳鉴定技术的分析. 西北农林科技大学学报(自然科学版) 35(9), 53-57.
[4] 兰秀锦, 魏育明, 王志容, 郑有良 (1999). 中国节节麦与中东节节麦的醇溶蛋白遗传多样性比较研究. 四川农业大学学报 17, 245-248.
[5] 李守明, 梁维, 魏凌基, 齐军仓, 王金玲 (2011). 利用两种电泳技术分析大麦品种的醇溶蛋白差异及亲缘关系. 石河子大学学报(自然科学版) 29, 15-19.
[6] 李玉京, 李滨, 刘建中, 李继云, 李振声, 姚树江 (1998). 低磷营养胁迫对小麦-长穗偃麦草附加系酸性磷酸酶同工酶的影响. 中国农业科学 31(4), 26-31.
[7] 吕伟东, 徐鹏彬, 蒲训 (2007). 偃麦草属种质资源在普通小麦育种中的应用现状简介. 草业学报 16, 136-140.
[8] 马渐新, 周荣华, 董玉琛, 贾继增 (1999). 来自长穗偃麦草的抗小麦条锈病基因的定位. 科学通报 44, 65-69.
[9] 孙善澄 (1981). 小偃麦新品种与中间类型的选育途径、程序和方法. 作物学报 7, 51-58.
[10] 唐慧慧, 丁毅, 胡耀军 (2002). 中国近缘野生大麦醇溶蛋白的遗传多态性研究. 武汉植物学研究 20, 251-257.
[11] 唐朝晖, 刘守斌, 刘少翔, 孙玉, 张兰萍, 逯成芳, 孙善澄, 刘广田 (2004). 二倍体长穗偃麦草高分子量谷蛋白亚基多态性研究. 华北农学报 19, 34-36.
[12] 王红, 王瑞, 陈新宏, 赵继新, 钟刚 (2008). 国内外普通小麦醇溶蛋白的遗传差异. 西北农业学报 17(6), 67-72.
[13] 王洪刚, 刘树兵, 亓增军, 孔凡晶, 高居荣 (2000). 中间偃麦草在小麦遗传改良中的应用研究. 山东农业大学学报(自然科学版) 31, 333-336.
[14] 王际睿, 颜泽洪, 魏育明, 郑有良 (2004). 长穗偃麦草y型高分子量谷蛋白基因的鉴定与分子克隆. 农业生物技术学报 12, 143-146.
[15] 吴卫东, 陈梦竹, 陈凡国, 夏光敏 (2010). 长穗偃麦草与老芒麦中α-醇溶蛋白基因的分离与鉴定. 分子植物育种 8, 20-28.
[16] 杨瑞武, 魏秀华, 周永红, 郑有良 (2004). 赖草属植物醇溶蛋白的遗传多态性. 云南植物研究 26, 103-110.
[17] 杨瑞武, 周永红, 郑有良 (2000). 披碱草属的醇溶蛋白研究. 四川农业大学学报 18, 11-14.
[18] 杨瑞武, 周永红, 郑有良, 胡超 (2001). 小麦族四个属模式种的醇溶蛋白分析. 广西植物 21, 239-242.
[19] 于海清 (2007). 拟鹅观草属四倍体物种的分子细胞遗传学研究. 博士论文. 雅安: 四川农业大学. pp. 12-42.
[20] 翟旭光, 潘志芬, 商闯, 邓光兵, 余懋群 (2009). 燕麦麦谷蛋白SDS-PAGE电泳分析. 西南农业学报 22, 24-28.
[21] 张学勇, 杨欣明, 董玉琛 (1995). 醇溶蛋白电泳在小麦种质资源遗传分析中的应用. 中国农业科学 28(4), 25-32.
[22] 张颖, 张利, 张海琴, 丁春邦, 周永红 (2006). 鹅观草属、披碱草属、猬草属和仲彬草属物种的醇溶蛋白分析. 四川农业大学学报 24, 256-262.
[23] 郑青焕, 李晓萍, 郭超, 昝凯, 陈真真, 白宇浩, 刘洋, 赵继新, 武军, 王中华, 陈新宏 (2016). 21份印度小麦高分子谷蛋白亚基、醇溶蛋白及品质分析. 麦类作物学报 36, 62-68.
[24] 朱振东, 贾继增 (2003). 小麦SSR标记的发展及应用. 遗传 25, 355-360.
[25] Asfaw Z (2008). Variation in hordein polypeptide pattern within Ethiopian barley, Hordeum vulgare L. (Poaceae).Hereditas 110, 185-191.
[26] Assadi M, Runemark H (1995). Hybridisation, genomic constitution and generic delimitation in Elymus s.l. (Poa- ceae: Triticeae).Plant Syst Evol 194, 189-205.
[27] Desvaux (1810). Eustachys. Paris: Nouv Bull Sci Soc Phi- lom. pp. 190.
[28] Dewey DR (1980). Morphological, cytological and taxonomic relationships between Agropyron repens and Agropyron elongatiforme (Gramineae).Syst Bot 51, 61-70.
[29] Dewey DR (1984). The genomic system of classification as a guide to intergeneric hybridization with the perennial Triticeae. In: Gustafson JP, ed. Gene Manipulation in Plant Improvement. New York: Plenum Press. pp. 209-279.
[30] Draper SR (1987). ISTA variety committee report of the working group for biochemical tests for cultivar identification 1983-1986.Seed Sci Technol 15, 431-434.
[31] Dvořák J, Kasarda DD, Dietler MD, Lew EJL, Anderson OD, Litts JC, Shewry PR (1986). Chromosomal location of seed storage protein genes in the genome of Elytrigia elongata.Can J Genet Cytol 28, 818-830.
[32] Jaccard P (1908). Nouvelles researches sur la distribution florale.Bull Soc Vaud Sci Nat 44, 223-270.
[33] Jiang GM, Dong M (2000). A comparative study on photosynthesis and water use efficiency between clonal and non-clonal plant species along the Northeast China Transect (NECT).Acta Bot Sin 42, 855-863.
[34] Kawaura K, Mochida K, Ogihara Y (2005). Expression profile of two storage-protein gene families in hexaploid wheat revealed by large-scale analysis of expressed sequence tags.Plant Physiol 139, 1870-1880.
[35] Kim TW, Kim JC, Fedak G, Son JH, Park KC, Kim NS (2010). Sequence variation in ITS spacers and 5.8S rDNA and relationship of E, St, P, Ns, Xm, and H genomes in the genera of Agropyron, Elytrigia, Leymus, Pascopyrum, Psathyrostachys, and Hordeum. Genes Genomics 32, 477-485.
[36] Lawrence GJ, Shepherd KW (1981). Chromosomal location of genes controlling seed proteins in species related to wheat.Theor Appl Genet 59, 25-31.
[37] Li HJ, Wang XM (2009). Thinopyrum ponticum and Th. intermedium: the promising source of resistance to fungal and viral diseases of wheat.J Genet Genomics 36, 557-565.
[38] Li ZS, Li B, Tong YP (2008). The contribution of distant hybridization with decaploid Agropyron elongatum to wheat improvement in China.J Genet Genomics 35, 451-456.
[39] Löve Á (1984). Conspectus of the Triticeae.Feddes Rep 95, 425-521.
[40] Mao PS, Huang Y, Wang XG, Meng L, Mao PC, Zhang GF (2010). Cytological evaluation and karyotype analysis in plant germplasms of Elytrigia Desv.Agric Sci China 9, 1553-1560.
[41] Mason-Gamer RJ, Orme NL, Anderson CM (2002). Phylogenetic analysis of North American Elymus and the mono- genomic Triticeae (Poaceae) using three chloroplast DNA data sets.Genome 45, 991-1002.
[42] Metakovsky EV, Akhmedov MG, Sozinov AA (1986). Genetic analysis of gliadin-encoding genes reveals gene clusters as well as single remote genes.Theor Appl Ge- net 73, 278-285.
[43] Nakamura H (2000). Allelic variation at high-molecular- weight glutenin subunit loci, Glu-A1, Glu-B1 and Glu-D1 in Japanese and Chinese hexaploid wheats.Euphytica 112, 187-193.
[44] Seberg O, Frederiksen S (2008). A phylogenetic analysis of the monogenomic Triticeae (Poaceae) based on morpho- logy.Bot J Linn Soc 136, 75-97.
[45] Stebbins Jr GL, Pun FT (1953). Artificial and natural hybrids in the Gramineae, tribe Hordeae. V. Diploid hybrids of Agropyron.Am J Bot 40, 444-449.
[46] Tzvelev NN (1976). Triticeae Dum Poaceae URSS. Leningrad: Nauka Publishers Leningrad Section. pp. 181-203.
[1] 莫日根高娃, 商辉, 刘保东, 康明, 严岳鸿. 一个种还是多个种? 简化基因组及其形态学证据揭示中国白桫椤植物的物种多样性分化[J]. 生物多样性, 2019, 27(11): 1196-1204.
[2] 黄建峰, 李朗, 李捷. 樟属植物ITS序列多态性分析[J]. 植物学报, 2016, 51(5): 609-619.
[3] 范文, 徐颖, 许汀, 徐晶, 高继银, 张文驹. 香港红山茶个体内ITS多态性及物种鉴定的应用[J]. 植物学报, 2015, 50(2): 217-226.
[4] 王纳纳, 陈颖, 应娇妍, 高勇生, 白永飞. 内蒙古草原典型植物对土壤微生物群落的影响[J]. 植物生态学报, 2014, 38(2): 201-208.
[5] 马洪峥, 李珊珊, 葛颂, 戴思兰, 陈文俐. 能源作物芒属双药芒组SSR引物的筛选及其评价[J]. 生物多样性, 2011, 19(5): 535-542.
[6] 徐颖, 徐晶, 高继银, 张文驹. 山茶属植物ITS的多态性——一个广泛逃离一致性进化的实例[J]. 植物学报, 2011, 46(2): 162-169.
[7] 张云红, 侯艳, 娄安如. 华北地区小丛红景天种群的AFLP遗传多样性[J]. 植物生态学报, 2010, 34(9): 1084-1094.
[8] 肖龙骞, 朱华. 苏铁nrDNA ITS区的序列多态性:不完全致同进化的证据[J]. 生物多样性, 2009, 17(5): 476-481.
[9] 戴李川, 张明龙, 刘继业, 李小白, 崔海瑞.

用EST-SSR标记检测我国甘蓝型油菜品种的遗传多样性

[J]. 生物多样性, 2009, 17(5): 482-489.
[10] 刘伟, 王曦, 干友民, 黄林凯, 谢文刚, 苗佳敏. 高山嵩草种群在放牧干扰下遗传多样性的变化[J]. 植物生态学报, 2009, 33(5): 966-973.
[11] 周伟;王红 . 被子植物异型花柱及其进化意义[J]. 植物学报, 2009, 44(06): 742-751.
[12] 何艳霞;王子成*. 拟南芥幼苗超低温保存后DNA甲基化的遗传变异[J]. 植物学报, 2009, 44(03): 317-322.
[13] 潘兆娥, 孙君灵, 王西文, 贾银华, 周忠丽, 庞保印, 杜雄明. 基于棉花参比种质的SSR多态性核心引物筛选[J]. 生物多样性, 2008, 16(6): 555-561.
[14] 董志军, 黄晖, 黄良民, 李元超, 李秀保. 运用PCR-RFLP方法研究三亚鹿回头岸礁造礁石珊瑚共生藻的组成[J]. 生物多样性, 2008, 16(5): 498-502.
[15] 饶友生, 张细权. 拷贝数目变异: 基因组遗传变异的新诠释[J]. 生物多样性, 2008, 16(4): 399-406.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 张春华 朴炫春 廉美兰 王守明. 生物反应器在满天星快繁中的应用[J]. 植物学报, 2007, 24(04): 526 -531 .
[2] 叶和春. 学术园地中的一朵奇葩——贺《植物学通报》创刊20周年[J]. 植物学报, 2003, 20(04): 509 .
[3] 朱诚 刘非燕 曾广文. 4PU对萝卜离体子叶衰老的影响[J]. 植物学报, 1997, 14(04): 42 -44 .
[4] 杨广笑. 甲基磺酸乙酯对水稻花药离体培养效应的研究[J]. 植物学报, 1990, 7(02): 41 -45 .
[5] 李春红 胡道芬 郭仲琛. 低温处理对玉米花药培养的影响[J]. 植物学报, 1992, 9(04): 41 -43 .
[6] 傅弘 池哲儒 常杰 傅承新. 基于人工神经网络的叶脉信息提取——植物活体机器识别研究Ⅰ[J]. 植物学报, 2004, 21(04): 429 -436 .
[7] 李洪燕;郑青松;刘兆普*;李青. 海水胁迫对苦荬菜幼苗生长及生理特性的影响[J]. 植物学报, 2010, 45(01): 73 -78 .
[8] 杨家驹 扆铁梅 赵彩云. 中国裸子植物化石木的命名和鉴定[J]. 植物学报, 2000, 17(专辑): 117 -129 .
[9] 刘焱, 邢立静, 李俊华, 戴绍军. 水稻含有B-box锌指结构域的OsBBX25蛋白参与植物对非生物胁迫的响应[J]. 植物学报, 2012, 47(4): 366 -378 .
[10] 朱巧玲, 冷佳奕, 叶庆生. 黑毛石斛和长距石斛的光合特性[J]. 植物学报, 2013, 48(2): 151 -159 .