本发明专利技术涉及一种多叶老芒麦高分子量谷蛋白亚基基因及其应用。该基因为Ｓｔｙ８．１编码基因，它具有序列表中ＳＥＱ?ＩＤ?ＮＯ．１所示的核苷酸序列；或者具有序列表中ＳＥＱ?ＩＤ?ＮＯ．１中因一个或多个碱基的缺失、插入或替换而形成的具有功能活性的等位基因；或者具有序列表中ＳＥＱ?ＩＤ?ＮＯ．２所示的氨基酸残基序列的蛋白质；或者具有序列表中ＳＥＱ?ＩＤ?ＮＯ．２所示的氨基酸残基序列经过一个或几个氨基酸残基的取代、缺失或添加且具有与ＳＥＱ?ＩＤ?ＮＯ．２氨基酸残基序列相同活性的由ＳＥＱ?ＩＤ?ＮＯ．２衍生的蛋白质。本发明专利技术所获得的基因具有比优质基因１Ｄｙ１０更优良的二级结构，可以在小麦品质改良中发挥重要作用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及属于生物基因工程
，尤其涉及多叶老芒麦高分子量谷蛋白亚 基基因，以及基于此基因通过生物技术方法改良小麦品质的应用。
技术介绍
小麦胚乳储藏蛋白可分为醇溶蛋白(gliadins)和谷蛋白(glutenins)，二者使小 麦面团具有延展性和弹性，因而能加工成各种各样的食品，其中决定面团弹性的谷蛋白又 可分为高分子量谷蛋白亚基(HMW-GS)和低分子量谷蛋白亚基(LMW-GS) (Payne et al.， 1985 ；Gupta and Shepherd, 1990) 0尽管高分子量谷蛋白亚基只占小麦种子总蛋白的很 小一部分(约12% ) (Halford et al.，1992)，但其对面包烘烤品质的贡献率却达到70% (Payne, 1987)。在普通六倍体小麦中，高分子量谷蛋白亚基有3个位点编码，即Glu_lA、 Glu-IB和Glu-ID，三者分别位于1A、1B和ID染色体的长臂上，且每一位点由紧密连锁的编 码χ-型亚基(分子量较大)和编码y-型亚基的基因(分子量较小)组成(Payne，1987 ； Shewry et al.，1992)。通常，由于基因沉默等原因，在一个小麦品种中通常有3 5个亚 基基因表达(Payne，1987)。所有的高分子量谷蛋白亚基都有相似的结构信号肽(在成熟 的谷蛋白亚基中被切除)、保守的非重复N-、C-端区和中间重复区(Shewry et al. 1992)。 一般情况下，位于N-端和C-端的半胱氨酸的数量和位置非常保守，高分子量谷蛋白的变异 主要由中间重复区中重复单元的数量变化决定，含有优质高分子量谷蛋白亚基的小麦籽粒 面粉具有较高的SDS(十二烷基磺酸钠)沉淀值和谷蛋白膨胀指数(SIG) (McDermott and Redman，1977 ；Wang and Kovacs，2002)。大量研究表明，高分子量谷蛋白亚基的组成和数目对小麦烘烤品质影响很大。一 般认为具有Dx5+Dyl0亚基组合的品种具有较好的烘烤品质，而具有Dx2+Dyl2亚基组合的 品种具有较差的烘烤品质。我国大多数小麦品种具有Dx2+Dyl2亚基组合，而具有Dx5+Dyl0 等优质亚基组合的品种则很少。除了充分利用现有的优质高分子量谷蛋白基因基因资源 外，鉴定新的优质谷蛋白亚基及其基因，用来培育含有优质高分子量谷蛋白亚基的小麦品 种，将是改良我国小麦烘烤品质的重要途径。老芒麦(Elymus Sibiricus L. ) (StStHH)为小麦近缘种，具有抗旱、耐盐碱等特 性，其St和H染色体组可分别编码谷蛋白和大麦醇溶蛋白，是提高小麦产量和改良小麦品 质的重要种质资源。目前，还未见从老芒麦克隆出优质高分量谷蛋白亚基的报道，因此，从 老芒麦中克隆鉴定优质高分子量谷蛋白亚基，通过远缘杂交、基因工程等方法将其转到普 通小麦中，对小麦品质的改良具有重要的现实意义。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种培育优质小麦、改善小麦品质的多叶老芒 麦高分子量谷蛋白亚基基因。本专利技术所要解决的另一个技术问题是提供基于该基因在改良小麦品质方面的应3为解决上述问题，本专利技术所述的一种多叶老芒麦高分子量谷蛋白亚基基因，其特 征在于该基因为Sty8. 1编码基因，来源于多叶老芒麦，它具有序列表中SEQ ID NO. 1第1 位到1824位所示的核苷酸序列。所述基因具有序列表中SEQ ID NO. 1第1位到1824位中因一个或多个碱基的缺 失、插入或替换而形成的具有功能活性的等位基因。所述基因具有序列表中SEQ ID NO. 2第1位到606位所示的氨基酸残基序列的蛋 白质。所述基因具有序列表中SEQ ID NO. 2第1位到606位所示的氨基酸残基序列经过 一个或几个氨基酸残基的取代、缺失或添加且具有与SEQ ID NO. 2氨基酸残基序列相同活 性的由SEQ ID N0. 2衍生的蛋白质；所述由SEQ IDN0. 2衍生的蛋白质的序列与所述等位基 因的序列相对应。如上所述的多叶老芒麦高分子量谷蛋白亚基基因在培育改良小麦方面的应用。本专利技术与现有技术相比具有以下优点1、本专利技术通过分别测定多叶老芒麦，普通小麦品种宁春4号(lAxl，lBxl7+lByl8， lDx5+lDylO)(优质小麦)的谷蛋白膨胀指数(SIG)后发现多叶老芒麦谷蛋白膨胀指数 (SIG)为5. 35，而宁春4号谷蛋白膨胀指数(SIG)为4. 23，从而表明多叶老芒麦极有可能含 有优质亚基。而本专利技术通过SDS-PAGE电泳，结合PCR技术，在多叶老芒麦中分离到一个新的 高分子量谷蛋白Sty8. 1亚基及其编码基因Sty8. 1。用Anth印rot 6. 0G0R方法对Sty8. 1 和IDylO蛋白质二级结构进行预测比较(如图3所示)，结果显示Sty8. 1的β转角含量 为34%，而DylO的β转角含量为28%，说明StyS.l为优质亚基，具有比优质高分子量谷 蛋白亚基IDylO更优良的二级结构，因此，可在小麦品种改良中发挥重要作用。其中β转角是决定高分子量谷蛋白亚基(HMW-GS)弹性区域的结构单元，并赋 予其蛋白显著抗变形的能力，β转角含量高的HMW-GS，通常为优质亚基(Tatham，et al., 1985 ；Flavell,et al.，1989)。2、通过对本专利技术中的多叶老芒麦高分子量谷蛋白亚基进行SDS-PAGE(十二烷基 磺酸钠_聚丙烯酰胺凝胶电泳)电泳(如图Ia所示)，可以看到多叶老芒麦具有两条高分 子量蛋白质条带，因此，表明在多叶老芒麦中有两个高分子量谷蛋白亚基基因表达。3、本专利技术的基因结构特征根据蛋白质N-端和C-端保守序列及已发表的基因序列设计PCR引物，其中引物 P1+P2用于扩增Sty8. 1基因的编码区(图2)，引物P3+P4用于扩增编码去除信号肽的成熟 蛋白质的核苷酸序列，用于原核表达鉴定克隆基因的功能活性。用引物P1+P2，多叶老芒麦基因组DNA为模板进行扩增，得到1300bp和ISOObp的 两条带。测序后获得Sty8. 1基因1824bp如序列表SEQ ID NO. 1所示的编码区全序列，以 及在第1029-1031位有TAG终止突变的1326bp序列。由SEQ ID NO. 1序列推导出的氨基 酸序列如SEQ ID N0. 2所示。该氨基酸序列显示，Sty8. 1亚基与其它y-型高分子量谷蛋 白亚基结构相似，N-末端是21个信号肽序列，其后与其它高分子量谷蛋白亚基一样，有三 个明显的结构区域99个氨基酸残基的非重复N-端区、444个氨基酸残基的中央重复区和 42个氨基酸残基的非重复C-端区。Sty8. 1亚基含有有6个半胱氨酸残基，其中N-端54个，C-端1个。重复区主要由六肽(主要为PGQGQQ)和九肽(主要为GYYPTSPQQ)组成，无χ-型亚基的三肽重复。4、由于本专利技术高分子量谷蛋白亚基Sty8. 1的基因具有的优良二级结构，因此，利 用此基因，通过远缘杂交、基因工程等技术，可培育优质小麦，从而改善小麦品质。附图说明下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明。图1为本专利技术多叶老芒麦高分子量谷蛋白亚基SDS-PAGE分析及Sty8. 1基因在大 肠杆菌E. coli中本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王海庆，刘永安，窦全文，陈志国，
申请(专利权)人：中国科学院西北高原生物研究所，
类型：发明
国别省市：63
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