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高分子量麦谷蛋白对于小麦面粉的加工品质有重要的影响。但是在普通小麦中,Glu-1Ay基因通常不表达,原因有两点:一是发生了提前终止,二是在其一级结构的重复区有8.6 Kb的转座子插入。经过研究发现,在小麦A基因组供体乌拉尔图小麦中存在可以表达的Glu-1Ay基因。本研究对来自“新月沃地”地区九个国家的227份乌拉尔图小麦和欧洲、亚洲、非洲、美国、澳大利亚的723份栽培一粒、四倍体、六倍体小麦的Glu-1Ay基因进行了克隆,并且利用十二烷基磺酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)和基质辅助激光解吸/电离飞行时间串联质谱(MALDI-TOF/TOF-MS)技术对表达的Glu-1Ay基因进行进一步验证。 结果表明,在整个乌拉尔图小麦群体中共鉴定出13种Glu-1Ay基因的等位变异,他们分别是Tu1Ay-A~M,其中,Tu1Ay-A~H可以表达,Tu1Ay-I~M发生了沉默。在栽培一粒小麦中,一共找到7种Glu-1Ay的等位变异,它们是Tm1Ay-A~G,这7种等变异都可以表达。在四倍体中小麦中,一共找到18种Glu-1Ay基因的等位变异,分别用Td1Ay-A~R表示,Td1Ay-D~I是可以表达的,Td1Ay-A~R发生了沉默。在六倍体的材料中,一共检测到了7种Glu-1Ay基因等位变异类型,用Ta1Ay-A~G表示,其中,Ta1Ay-A,B,C与四倍体中的Td1Ay-A,B,C变异类型相同,只有Ta1Ay-G是可以表达的,其余的Ta1Ay-A~F都发生了沉默。 乌拉尔图小麦中的Glu-1Ay蛋白都具有典型的一级结构(N端、重复区和C端)。可以表达的Glu-1Ay等位变异(Tu1Ay-A~H)有完整的开放读码框,而沉默的Glu-1Ay等位变异类型(Tu1Ay-I~M)在N端因为碱基突变导致提前终止。蛋白质组学分析发现,有完整开放读码框的等位变异编码的蛋白都是可以表达的,共有71.81%的乌拉尔图小麦材料具有表达的Glu-1Ay亚基。在所有等位变异类型中,Tu1Ay-G,H,C,F的编码的蛋白有较大的分子量以及丰富的二级结构,它们适合作为小麦品质改良的基因资源。 进化树分析表明,乌拉尔图小麦中沉默的Glu-1Ay的等位变异是由其表达的等位变异发生提前终止突变而来,且早在15万年前就开始分化了。野生二粒小麦中的Glu-1Ay等位变异来源于乌拉尔图小麦中Glu-1Ay可以表达的等位变异类型,而四倍体和六倍体小麦中沉默的Glu-1Ay等位变异是由野生二粒小麦中表达的等位变异发生提前终止突变或者反转座子插入而来,并且Td1Ay-A,B,C稳定的遗传到普通小麦中。大约15万年前,8.6 Kb插入首次产生于野生二粒小麦,并且在栽培二粒小麦和普通小麦中稳定遗传。 土耳其的东南部含有最丰富的Glu-1Ay等位变异,其可能是乌拉尔图小麦的多样性中心。乌拉尔图小麦有两个多样性中心,分别是区域Ⅰ:土耳其和叙利亚;区域Ⅱ:约旦和黎巴嫩,而沉默的Glu-1Ay等位变异类型主要分布在区域Ⅰ。四倍体产生和进化可能在这两个中心都发生了,六倍体化除了在伊朗发生外,可能也在欧洲发生。二倍体、四倍体和六倍体小麦的Glu-1Ay等位变异主要集中在欧洲、西亚、东亚、南亚、非洲和美洲,其中欧洲和西亚地区Glu-1Ay的等位变异种类较多,东亚、南亚、非洲、美国和澳大利亚等地的Glu-1Ay等位变异相对较少,澳大利亚只有一种:Ta1Ay-B。