一作解读│小麦近缘植物Aegilops uniaristata低分子量谷蛋白亚基LMW-N13提高面...

Aegilops uniaristata（NN）是小麦的近缘植物之一，LMW-N13编码一个结构特殊的LMW-GS，基因ORF全长1317 bp，编码的蛋白分子量比小麦中的1Dy12略小，是目前报道的分子量最大的LMW-GS（图1）。

图1 a.LMW-N13在PI554421中的SDS-PAGE分析 b.LMW-N13在PI554421中的扩增

氨基酸序列分析发现，LMW-N13属于I型LMW-GS，多个位点的序列插入导致了它较大的分子量，另外，其含有一个额外的半胱氨酸残基，因此我们推测，LMW-N13对面粉品质能够起到正向作用（图2）。

图2  LMW-N13与8个已发表的I型LMW-GSs进行多序列比对

为了研究LMW-N13对面粉品质的贡献，我们通过遗传转化，获得了过表达LMW-N13的转基因材料。通过SDS-PAGE和western blot验证，得到了三个转基因株系。通过在实验室快速加代的方式，我们用了大约一年半的时间，从T1收获了T3，在当年的10月份种植在田间（图3）。

图3 LMW-N13在转基因株系中的SDS-PAGE和Western blot验证

品质性状分析表明，转基因材料的谷蛋白聚合体含量，籽粒总蛋白含量，面粉稳定时间以及湿面筋含量都得到了显著的提高（图4）。

图4  转基因株系和野生型中的谷蛋白高分子积累，蛋白含量，面团稳定性，湿面筋含量分析

另外，转基因小麦中分子间二硫键含量的提高，是促进转基因材料面粉品质的重要原因（图5）。

图5 野生型和转基因株系面粉中游离硫醇(a)和二硫键(b)的比较

该研究包括基因克隆和功能分析两部分，于2018年和2020年分别发表在Journalof Genetics和Food Chemistry上（Tang et al. 2018 Cloning and characterization of a novel low-molecular-weight glutenin subunit gene with an unusual molecular structure of Aegilops uniaristata；Du et al. 2020 Low-molecular-weight glutenin subunit LMW-N13 improves dough quality of transgenic wheat）。此项研究由贵州师范大学和山东农业大学共同完成，感谢国家自然科学基金和贵州省自然科学基金的资助，同时感谢贵州大学农学院任明见教授提供的帮助。