醇溶蛋白电泳技术在小麦品种聚类分析中的应用

杨娜，王卫东，席吉龙，王克功

（1.山西省农业科学院棉花研究所，山西运城044000；2.西北农林科技大学研究生院，陕西杨凌712100；3.山西省农业科学院小麦研究所，山西临汾041000）

醇溶蛋白电泳技术在小麦品种聚类分析中的应用

杨娜1，王卫东2，席吉龙1，王克功3

（1.山西省农业科学院棉花研究所，山西运城044000；2.西北农林科技大学研究生院，陕西杨凌712100；3.山西省农业科学院小麦研究所，山西临汾041000）

为了揭示小麦品种（系）间亲缘关系的远近，给小麦品种选育提供理论依据，以14个小麦品种（系）为材料，采用酸性聚丙烯酰胺凝胶电泳技术对醇溶蛋白谱带进行分离，并利用NTSYS软件对其进行聚类分析。结果表明，14个小麦品种（系）共获得迁移率不同的谱带94条，其中，第7条谱带出现的频率最高，为71.43%；供试材料的相似系数在0.57～0.85，其中，晋麦54和临旱6号的相似系数最高，表明在14个品种（系）中，这2个品种的亲缘关系最近。

小麦；醇溶蛋白；凝胶电泳；聚类分析

小麦是我国乃至世界上最主要的粮食作物之一，其种植面积仅次于水稻[1]。过去几十年，我国小麦育种研究主要强调了高产和稳产2个方面[2]，而忽视了品质改良，致使我国的品质改良工作远落后于欧美国家。近年来，随着人们膳食结构的改善和对膳食要求的提高，小麦品质受到越来越高的重视。在我国北方，人们生活所需的40%以上蛋白质由小麦提供，因此，籽粒的蛋白质含量和质量对人们的膳食结构有着直接影响[3]。

醇溶蛋白含量在成熟种子总蛋白中约占45%左右，是小麦种子的主要贮藏蛋白之一[4]，小麦面团的黏性与其含量和组成有关[5]。研究表明，醇溶蛋白在不同小麦品种间差别很大，小麦品种间的醇溶蛋白电泳图谱各不相同，没有完全相同的醇溶蛋白谱带组合，这种表现与环境无关，完全取决于遗传，可称作品种的“指纹”[6]。目前，醇溶蛋白分析已被广泛应用于各方面研究，如品种的鉴定、亲缘关系比较和遗传多样性研究等[7-8]。不同醇溶蛋白位点间随机组合使其在不同小麦品种间存在着明显的差异，显示出品种间高水平的多态性[9]，因此，利用醇溶蛋白信息进行遗传分析，可显著提高小麦育种工作成效和内在品质。

本研究采用酸性聚丙烯酰胺凝胶电泳（APAGE）方法对14个小麦品种（系）的醇溶蛋白进行分析，以便为后续小麦育种选择优质亲本和种质资源高效利用提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 材料

本研究共选用14份晋南麦区曾经或正在使用的耐旱小麦品种（系）（表1）作为供试材料。

表1 供试材料及其醇溶蛋白带数统计

1.2 方法

1.2.1 麦醇溶蛋白的提取每个小麦品种（系）取1粒种子，从中间横切，带胚的半部分编号保存，不带胚的半部分放入1.5 mL的离心管中。每个离心管加入100 μL提取液，在振荡器上振荡，浸提过夜，然后5 500 r/min离心15 min，上清液即为所需醇溶蛋白的提取液。

1.2.2 麦醇溶蛋白电泳

1.2.2.1 溶液配制其主要参考文献[10]的方法进行。

1.2.2.2 加样和电泳电泳槽内外加入适量的电极缓冲液，每个样品槽加样25 μL，在200 V下先进行预电泳，待指示剂前沿处于同一直线时调节电压至260 V，具体电泳时间依指示剂的迁移快慢而定。

1.2.2.3 染色与照相电泳结束后，将胶板取下并用蒸馏水冲洗干净，浸入染色液中过夜。染色后的胶板用清水冲洗干净后拍照进行数据分析，或保存在7%的冰醋酸中。

1.3 数据处理

麦醇溶蛋白谱带的识别和比较通过凝胶成像与分析系统进行（电泳谱带按同一迁移率电泳条带的有无进行记录，同一迁移率下有带为1，无带为0），用Nei[11]的方法计算14个品种（系）间的遗传相似系数（GS，genetic similarity）。利用NTSYS软件对谱带进行聚类分析。

2 结果与分析

2.1 醇溶蛋白谱带分析

由A-PAGE电泳结果可以看出，14个品种（系）的麦醇溶蛋白谱带表现出明显的差异性（图1，2）。14份材料的带数统计结果如表1所示，电泳谱带如图1所示，不同谱带在品种（系）中出现的频率列于表2。

14个小麦品种（系）的醇溶蛋白经A-PAGE共分离出94条迁移率不同的蛋白条带，每个品种都有各自独特的醇溶谱带组合，没有发现醇溶蛋白电泳谱带完全相同的品种（系）。14个材料的醇溶蛋白谱带数都在21～32条，以21～25条居多。其中，以9428和临旱536这2个品种的谱带数最多，均为32条；而临旱6号和超级矮8号最少，各21条。从每条谱带在所有材料中出现的频率来看，总的变异范围为7.14%～71.43%，其中，编号为7，12，16的蛋白条带在检测品种中出现的频率较高，分别为71.43%，64.29%，64.29%，说明其多态性较低。此外，不同品种（系）间相同迁移率谱带的着色深浅有一定差别，说明其表达强度在品种（系）间有所不同。

2.2 遗传相似性分析

14个供试材料的遗传相似系数（GS）变化范围在0.57～0.85，所有数值中没有任意2个品种（系）间遗传相似系数为1，说明14份材料间的遗传多样性较高。晋麦54和临旱6号的相似系数最高，为0.85，说明其亲缘关系较近。

表2 各个谱带在供试材料中出现的频率

2.3 聚类分析

本研究使用NTSYS软件以品种间醇溶蛋白谱带的相似系数作为遗传距离，对14个品种（系）进行聚类分析，结果如图3所示。14份材料在相似系数为0.64时聚为四大类，相似系数为0.57时聚为一类。第1类仅1个品种9428。第2类包含5个品种，它们又被划分为2个亚类：第1亚类包含369、晋麦70、临旱536和晋麦47等4个品种（系），有4条共同的谱带，进一步又可将这4个品种（系）分为两类，一类含有晋麦70和晋麦47，另一类则包含369和临旱536，通过相似系数的比较可知，晋麦70和晋麦47的亲缘关系比369和临旱536的更近；第2亚类仅含一个材料晋太65。第3类共有6个品种（系），它们又可分为2个亚类：第1亚类包括烟农19、晋麦54、临旱6号、超级矮8号这4个小麦材料，第2亚类包括晋麦57、冀麦21。第4类共有2个品种，为中优9507和晋太170。

3 讨论

醇溶蛋白电泳技术具有操作方便、重复性好等优点，目前已被《农作物种子检验规程》采用[12]，同时也适用于种子纯度的鉴定[13]和优势亲本的选择。

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[14]，这对于杂交育种和选择优势亲本具有重要意义。本研究通过对14份小麦材料的醇溶蛋白谱带进行分析，共检测出94条迁移率不同的谱带，显示出小麦品种（系）在醇溶蛋白基因位点上表达的差异性。聚类分析可将品种（系）进行分类，在相似系数为0.57时全部聚为一类，相似系数为0.64时可聚为四大类，直观地反映出14个小麦品种亲缘关系的远近。以上数据为利用这些小麦品种（系）进行品质育种和亲本选择提供了理论依据。牛吉山等[15]研究认为，小麦醇溶蛋白在一定程度上能反映种质间的亲缘关系，但由于醇溶蛋白能反映的基因位点的差异较少，只有第1，6部分同源群染色体上的少数几个位点[16]，其结果不能准确反映对整个基因组的多态性[17]，麦谷蛋白的组成和含量对小麦的品质也有重要影响。因此，在实际育种工作中，应将麦醇溶蛋白和麦谷蛋白的数据结合[18-19]，加强醇溶蛋白与麦谷蛋白亚基对品质性状的相关性分析[20]，同时参考其农艺性状的差别，才能更好地服务于育种工程。

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Application of Gliadin Electrophoregrams in Cluster Analysis of Wheat Varieties

YANGNa1，WANGWei-dong2，XI Ji-long1，WANGKe-gong3
（1.Institute ofCotton，Shanxi AcademyofAgricultural Sciences，Yuncheng044000，China；2.College ofGraduate，North West Agriculture and ForestryUniversity，Yangling712100，China；3.Institute ofWheat，Shanxi AcademyofAgricultural Sciences，Linfen 041000，China）

This studyused 14 kinds ofwheat as materials toresearch the gliadin on the basis oftechnique ofthe polyacrylamide gel electrophoresis and cluster analysis and classifies 14 wheat successfully.The results showed that 14 kinds of wheat had 94 gliadin bands with different relative mobility by electrophoresis.Band No.7 had the highest present frequencies of 71.43%.The similarity coefficient of the tested materials was ranging from 0.57 to 0.85.The highest similarity coefficient was Jinmai 54 and Linhan 6,which showed that two varieties were the closest relative in these 14 varieties.

wheat;gliadin;gel electrophoresis;cluster analysis

S512.1

A

1002-2481（2016）04-0436-04

10.3969/j.issn.1002-2481.2016.04.03

2015-11-30

国家科技支撑计划课题（2015BAD22B03）

杨娜（1988-），女，山西万荣人，研究实习员，主要从事作物抗逆栽培技术研究工作。