【摘 要】
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小麦作为一种全球消费的作物,能够制作各种面食品,如发酵面包、薄饼、糕点和面条等主要归功于其面团独特的粘弹性特性。小麦籽粒蛋白含量（Grain protein content,GPC）决定了小麦粉的营养价值、加工品质以及面食制作工艺特征。前期研究中利用高蛋白野生二粒小麦（Triticum turgidum ssp.dicoccoides,2n=4x=28,AABB）D1作为父本,与低蛋白普通小麦（T
【基金项目】
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四川省科技厅国际合作项目（编号2021YFH0110）； “十四五”四川省育种攻关项目（编号2021YFYZ0002）；
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小麦作为一种全球消费的作物,能够制作各种面食品,如发酵面包、薄饼、糕点和面条等主要归功于其面团独特的粘弹性特性。小麦籽粒蛋白含量（Grain protein content,GPC）决定了小麦粉的营养价值、加工品质以及面食制作工艺特征。前期研究中利用高蛋白野生二粒小麦（Triticum turgidum ssp.dicoccoides,2n=4x=28,AABB）D1作为父本,与低蛋白普通小麦（Triticum aestivum,2n=6x=42,AABBDD）川农16（CN16）杂交并连续自交,获得了稳定的高世代近等基因系BAd124-4和BAd124-6。对其测定农艺性状和籽粒蛋白质含量,结果表明,在农艺性状没有显著差异的情况下,BAd124-6的蛋白质含量达15.49%,显著高于BAd124-4的13.43%。本研究通过贮藏蛋白亚基组成的鉴定、氮代谢相关酶活性分析、开花后15天和25天（DAA）籽粒的转录组测序,挖掘蛋白质合成的相关基因和转录因子,分析候选基因的表达模式,探究BAd124-4和BAd124-6籽粒蛋白含量的差异遗传机制。主要研究结果如下:1.通过SDS-PAGE分析发现,杂交后代BAd124-4和BAd124-6均含有5个相同的HMW-GSs,分别为Glu-A1位点的1Ax1,Glu-B1位点的1Bx20和1By20,以及Glu-D1位点的1Dx2和1Dy10。结果表明BAd124-4和BAd124-6在高分子量谷蛋白亚基组成类型上没有差异。结合RP-HPLC结果发现,BAd124-4和BAd124-6在LMW-GSs和醇溶蛋白亚基组成类型上均没有差异。通过籽粒蛋白组分分析发现,BAd124-6的谷蛋白、醇溶蛋白和清蛋白含量均显著高于BAd124-4,球蛋白含量没有显著差异。据此认为,BAd124-4和BAd124-6在贮藏蛋白亚基组成类型上没有差异,在籽粒蛋白含量上有显著差异。2.通过透射电镜观察籽粒胚乳细胞发现,BAd124-4和BAd124-6胚乳细胞中均已含有较大的成熟淀粉颗粒和含有少量零散分布的小蛋白体,成熟的大蛋白体（PBs）呈聚集状分布在胚乳细胞内。两个材料的蛋白体有不同的聚集方式:BAd124-4胚乳细胞中的蛋白体呈球形,不规则的分布在淀粉周围;BAd124-6胚乳细胞出现较多的大蛋白体,聚集程度较高,蛋白体面积明显增加。由此可见,蛋白体的发育状况对BAd124-6籽粒蛋白含量有积极的影响。3.对BAd124-4和BAd124-6的籽粒及旗叶进行谷氨酰胺合成酶（GS）活性和硝酸还原酶（NR）活性测定分析发现,BAd124-6在灌浆前期具有更高的GS活性,GS活性在灌浆后期没有显著差异,这可能促进了BAd124-6中营养蛋白的合成。NR活性在旗叶和籽粒中的变化幅度较小,仅在35 DAA（旗叶）和25 DAA（籽粒）有显著差异,这表明BAd124-6的NR在灌浆中后期的氮素转化利用效率较BAd124-4更高,从而更利于其籽粒蛋白质的合成。4.对近等基因系BAd124-4和BAd124-6灌浆期15 DAA和25 DAA的籽粒进行转录组分析,获得了159个差异表达基因,其中64个基因显著上调表达,51个基因显著下调表达;46个基因只在15 DAA时表达,78个基因只在25 DAA时表达,35个基因在15 DAA和25 DAA时均表达。根据转录组注释文件,我们得到37个编码醇溶蛋白的基因和11个编码谷蛋白的基因。分别有82%的谷蛋白基因相对于BAd124-4,在BAd124-6显著上调表达;76%醇溶蛋白基因相对于BAd124-4,在BAd124-6显著上调表达。通过GO富集分析和KEGG代谢通路分析,筛选出12个与GPC密切相关的候选基因,均在BAd124-6上调表达。5.通过转录组数据分析,鉴定了贮藏蛋白基因和转录因子以及与蛋白质折叠相关的基因的差异表达,利用q RT-PCR的方法分析其籽粒发育阶段的表达模式。结果显示,BAd124-6中谷蛋白基因（Glu-1Ax1、Glu-1Bx、Glu-1By和LMW-GS）和醇溶蛋白基因（α/β-、γ-和ω-）的表达水平均显著高于BAd124-4。Ta SUMO1、PPIase具有相似的表达模式,在BAd124-6中表达水平较BAd124-4中均显著提高;在灌浆期间BAd124-6的Ta PDI表达量也显著高于BAd124-4。转录因子Ta GAMyb、Ta PBF和b ZIP的表达模式各不相同,在BAd124-6中的表达水平均显著高于BAd124-4。这些结果表明,BAd124-6中高籽粒蛋白含量可能与蛋白相关基因和转录因子的显著上调有关。
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