小麦籽粒硬度是小麦的重要表型性状之一,它直接影响小麦的磨粉品质和烘烤品质,是决定小麦品质优劣、最终用途和小麦国际贸易的重要指标之一。位于小麦染色体5D 短臂上的Ha(hardness)位点包含控制籽粒硬度的主效基因。它编码的小麦Friabilin 蛋白位于淀粉粒和蛋白基质表面,是小麦籽粒硬度的生化标记。Friabilin 蛋白主要包括小麦吲哚蛋白Puroindoline(Pins,包括Pin A 和Pin B)和籽粒软质蛋白GSP(grain softness protein)。其中Pin 蛋白是一种非粘性蛋白,通过其色氨酸结构域,与淀粉表面结合,改变淀粉粒和蛋白基质的连接,从而影响籽粒硬度。现已发现Pin a和Pin b 基因的多个突变体,不同类型的突变对籽粒硬度具有不同影响,特别是色氨酸结构域的突变,导致籽粒硬度的显著变化。本研究以小麦的近缘野生物种山羊草Aegilops 为材料,对其进行Pin a、Pin b 和GSP 基因的分子生物学研究,旨在发现新的等位基因,丰富麦属植物遗传资源库。通过基因克隆和序列测定,证明在10 种包括C、D、M、S、U 基因组的二倍体、四倍体和六倍体山羊草材料中均存在三类基因,共发现7 个新型Pin a 等位基因、9个新型Pin b 等位基因和5 个新型GSP 等位基因,每个新型等位基因都包含两个以上突变位点。新型Pin 等位基因编码的蛋白和六倍体面包小麦的Pin 蛋白有较高的同源性,都具有麦类作物Pin 蛋白所特有的色氨酸结构域和10 个半胱氨酸所形成的5 个二硫键结构。其中2个新型Pin a等位基因Pina-allele-(6Trp69变为终止子)和Pina-allele-7(Lys70突变为Arg70)在色氨酸结构域发生突变,1 个新型Pin b 等位基因Pinb-allele-2含有一个邻近色氨酸结构域的氨基酸变异(Val66突变为Phe66),这可能是三种重要的新型突变类型。新型Pin a、Pin b 和GSP 等位基因分别包括14、24、19 个氨基酸变异位点。山羊草中新型Pin a等位基因类型和突变位点数目均较新型Pin b等位基因少,这一结果与面包小麦中Pin b 基因存在至少6 个等位基因,而Pin a 基因仅有一个等位基因之结论相吻合。GSP 基因的生物学功能尚未明了,根据其结构推测,前1-20 个氨基酸残基可能是信号肽,第21-35 个氨基酸残基对应于阿拉伯半乳聚糖结合多肽(AGP)的结构,它可能构成成熟GSP 蛋白的氨基末端。GSP-allele-2 和GSP-allele-5 上的Ala/Asp 突变可能影响GSP 蛋白的糖基化。