作物杂志,2018, 第3期: 44–50 doi: 10.16035/j.issn.1001-7283.2018.03.007

• 遗传育种·种质资源·生物技术 • 上一篇    下一篇

大豆子粒蛋白亚基变异种质的鉴定与筛选

张明俊1,2,李忠峰2,于莉莉2,王俊1,邱丽娟1,2   

  1. 1 长江大学农学院,434020,湖北荆州
    2 中国农业科学院作物科学研究所/国家农作物基因资源与遗传改良重大科学工程/农业部作物种质资源与生物技术重点开放实验室,100081,北京
  • 收稿日期:2018-04-27 修回日期:2018-05-20 出版日期:2018-06-20 发布日期:2018-06-20
  • 作者简介:张明俊,在读硕士研究生,主要从事大豆遗传育种工作
  • 基金资助:
    “十三五”七大农作物育种专项大豆种质资源精准鉴定(2016YFD0100304,2016YFD0100201);中国农业科学院科技创新工程,大豆种质资源保护与利用(2017NWB036-05,2016NWB036-05)

Identification and Screening of Protein Subunit Variation Germplasm from Both Mutants and Natural Population in Soybean

Zhang Mingjun1,2,Li Zhongfeng2,Yu Lili2,Wang Jun1,Qiu Lijuan1,2   

  1. 1 College of Agronomy, Yangtze University, Jingzhou 434020, Hubei, China
    2 Institute of Crop Science, Chinese Academy of Agricultural Sciences/The National Key Facility for Crop Gene Resources and Genetic Improvement (NFCRI)/Key Open Laboratory of Crop Germplasm Resources & Biotechnology, Ministry of Agriculture, Beijing 100081, China;
  • Received:2018-04-27 Revised:2018-05-20 Online:2018-06-20 Published:2018-06-20

摘要:

本研究以大豆优良品种中品661的298份甲基磺酸乙酯(EMS)诱变株系和610份大豆品种(系)为试验材料,利用聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)技术,分离大豆种子蛋白并计算各蛋白亚基的相对含量及11S/7S值。研究结果表明,突变群体与自然群体中不同亚基的变异系数差异极显著,但均以β亚基变异范围最大。另外,突变群体的α、β和酸性蛋白亚基的变异范围均大于自然群体。相关性分析显示:11S球蛋白与7S球蛋白含量呈极显著负相关;11S/7S值与蛋白含量相关性不显著,11S/7S值与11S和7S球蛋白各组成亚基均呈显著相关。此外,本研究还筛选出亚基明显变异材料6份,其中Ax亚基突变体尚未见报道,11S/7S值大于3的材料10份,蛋白含量大于48%的材料7份。本研究鉴定和筛选的种子蛋白变异种质为大豆品质相关基因发掘和品种改良提供了材料基础。

关键词: 大豆, 蛋白亚基, 11S/7S, 突变体, SDS-PAGE

Abstract:

In this study, soybean seed storage protein from 298 EMS mutant families derived from Zhongpin 661 and 610 varieties (lines), was separated by polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE), repectively, and then the Quantity One (V4.62) software was used to quantify the relative content of protein subunits and the 11S/7S value. The results showed that significant difference for coefficient of variation (CV) of different subunits was observed between mutants and natural population, and the variation range of alpha, beta and acidic protein subunits in mutants was all larger than that in natural population, and notably the β subunit displayed the largest CV in both mutants and natural population. Furthermore, correlation analysis showed that the relative content of 11S glycinin and 7S β-conglycinin were negatively correlated, the 11S/7S value and each subunit of 11S glycinin and 7S β-conglycinin were significantly correlated as well, while the correlation was not significant for crude protein content and 11S/7S value. Also some elite germplasm was identified, among which, six displayed obvious variation in protein subunits, and a novel subunit mutant designated as Ax was also identified. Besides, ten showed higher 11S/7S value than 3, and seven exhibited higher protein content than 48%. These seed protein variants here we identified will provide important material basis for the related gene mining and genetic improvement of seed protein quality in soybean.

Key words: Soybean, Protein subunits, 11S/7S, Mutant, SDS-PAGE

图1

大豆种子贮藏蛋白的SDS-PAGE电泳"

图2

中品661子粒蛋白光密度"

图3

大豆自然群体和突变群体球蛋白7S与11S相对含量频率分布"

表1

大豆自然群体和突变群体子粒蛋白主要构成亚基含量变异分析"

蛋白亚基
Protein
subunit
变异幅度Range 平均值±标准差Mean±SD 变异系数CV
自然群体
Natural
population
突变群体
Mutant
population
中品661
Zhongpin 661
自然群体
Natural
population
突变群体
Mutant
population
中品661
Zhongpin 661
自然群体
Natural
population
突变群体
Mutant
population
中品661
Zhongpin 661
Lox 0.01~27.09 3.22~26.40 5.53~13.06 7.68±2.59 8.84±3.26 9.53±2.42 33.72 36.93 25.43
α' 0.86~23.53 2.11~21.05 4.01~10.39 8.34±2.41 8.63±2.78 8.37±1.96 28.89 32.22 23.36
α 7.36~36.60 4.47~35.58 9.40~18.65 15.53±3.91 14.36±4.08 12.55±2.32 25.18 28.45 18.49
β 5.94~38.73 3.61~45.77 6.53~13.36 12.55±3.76 10.93±5.04 10.42±2.10 29.99 46.11 20.16
A3 1.37~12.21 0.40~10.30 1.74~8.85 5.58±1.53 5.13±2.25 5.67±1.80 27.50 43.78 31.74
Acidic 9.01~39.43 5.30~37.79 19.69~36.98 20.38±4.30 22.33±6.82 25.42±5.26 22.57 30.52 20.71
Basic 17.95~63.40 14.00~44.93 20.54~33.24 29.60±4.92 29.51±5.38 28.03±3.63 16.61 18.22 12.94
7S 20.84~56.92 13.25~60.39 25.53~35.60 36.42±4.54 33.99±5.09 31.35±2.63 12.46 18.50 8.39
11S 38.11~75.01 33.00~74.06 52.54~67.79 55.90±5.09 57.04±7.47 59.12±4.04 10.00 13.10 6.83
11S/7S 66.95~341.97 54.65~351.38 147.60~265.55 157.47±34.22 179.35±51.13 190.80±28.94 21.73 28.51 15.17

图4

突变材料和自然群体中11S/7S值频率分布"

表2

突变群体与自然群体的蛋白含量分析"

材料
Material
变异幅度
Range
平均值
Mean
标准差
SD
变异系数
CV
自然群体Natural population 33.29~48.50 40.51 2.32 5.73
中品661 EMS突变体Mutant 35.57~49.04 44.36 2.01 4.54

表3

大豆突变群体与自然群体蛋白亚基相对含量的相关性分析"

α′ α β A3 Acidic Basic 7S 11S 11S/7S Protein
α′ -1 -0.12* -0.05 -0.11 -0.29** -0.05 -0.30** -0.26** -0.36** -0.03
α -0.33** -1 -0.08 -0.30** -0.28** -0.23** -0.47** -0.32** -0.51** -0.14*
β -0.27** -0.25** -1 -0.06 -0.33** -0.45** -0.74** -0.58** -0.59** -0.04
A3 -0.02 -0.21** -0.08 -1 -0.36** -0.31** -0.27** -0.24** -0.38** -0.03
Acidic -0.02 -0.03 -0.21** -0.37** -1 -0.01 -0.56** -0.75** -0.69** -0.01
Basic -0.20** -0.24** -0.40** -0.05 -0.28** -1 -0.52** -0.60** -0.53** -0.04
7S -0.14** -0.39** -0.73** -0.24** -0.24** -0.52** -1 -0.77** -0.93** -0.10
11S -0.16** -0.36** -0.57** -0.25** -0.40** -0.59** -0.80** -1 -0.85** -0.03
11S/7S -0.11* -0.44** -0.63** -0.27** -0.30** -0.58** -0.94** -0.92** -1 -0.09
Protein -0.11* -0.07 -0.08 -0.08 -0.14* -0.13* -0.09 -0.04 -0.10 -1

表4

鉴定出部分优异大豆种质"

名称Name 统一编号ID number 类型Type 来源Origin 11S/7S值11S/7S ratios 蛋白含量Content of protein (%)
16M4704 α′缺失 突变群体 2.36 41.30
16M4960 α′低 突变群体 1.78 44.01
16M647 β低 突变群体 1.90 44.12
16M3980 A3低 突变群体 2.16 44.54
汾豆5号Fendou 5 ZDD24776 Ax高 自然群体 1.29 45.17
吉育83 Jiyu 83 ZDD24461 11/7S高 自然群体 3.42 37.70
新大豆9号Xindadou 9 ZDD24674 11/7S高 自然群体 3.36 38.20
徐豆13 Xudou 13 ZDD24780 11/7S高 自然群体 3.36 40.00
北豆26 Beidou 26 ZDD24367 11/7S高 自然群体 3.31 38.50
16M2748 ZDD25880 11/7S高 突变群体 3.12 42.14
16M2768 11/7S高 突变群体 3.04 45.64
16M2784 11/7S高 突变群体 3.51 43.01
16M3127 11/7S高 突变群体 3.10 41.18
16M3178 11/7S高 突变群体 3.19 43.58
16M5083 11/7S高 突变群体 3.15 42.56
PSB368 WDD02748 高蛋白 自然群体 2.17 48.21
晋豆38 Jindou 38 ZDD24712 高蛋白 自然群体 1.83 48.50
16M2223 高蛋白 突变群体 1.51 48.43
16M2352 高蛋白 突变群体 1.39 48.62
16M2788 高蛋白 突变群体 2.61 49.04
16M3637 高蛋白 突变群体 2.01 48.30
16NF5437 高蛋白 突变群体 1.14 48.30
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