小麦淀粉合成关键酶基因SNP多态性及与淀粉合成的相关分析

摘要

【目的】发掘并验证淀粉合成相关酶基因中可能存在的SNP位点，从单碱基突变上阐明造成小麦品种（系）淀粉含量差异的原因，为后续SNP标记的开发和辅助选择提供理论基础。
　　【方法】通过同源克隆获得淀粉含量差异较大的小麦品种（系）淀粉合成酶基因SSIIa、淀粉分支酶基因SBEIIa和SBEIIb，通过比对和多态性分析，发掘基因内有差异的单碱基位点，并以这些等位基因位点设计特异PCR扩增引物，采用基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱技术（MALDI-TOF-MS）检测162个群体样本，通过SPSS统计分析，发掘与淀粉含量有显著相关性的位点。
　　【主要结论】
　　1、SSⅡa基因序列高度保守，与GeneBank中已发表的序列相似度达98.19％以上，共发现40个单核苷酸变异，导致20个氨基酸发生了变异。通过蛋白结构域分析显示，这些变异位点位于α-淀粉催化酶氨基N-末端外侧，而在其催化区域中没有发现变异位点。此外，在新春12中发现了一个缺失位点，缺失片段为249 bp，该缺失片段中包括了糖基转移酶的部分位点。
　　2、SSⅡa基因核苷酸变异丰富，其第2外显子区为变异富集区。SBEⅡa基因 SNP变异主要发生在第3、第15和第18外显子区。SBEⅡb基因大部分变异位点则集中于第3外显子区。对SBEⅡb和SBEⅡa基因ORF与GenBank中已登记的序列同源性分别为99.04%和98.64%。
　　3、对这3个基因的单核苷酸多态性分析表明，π值在0.01637～0.01884之间，Watterson’sθw值的范围是0.01668～0.02523，表明这3个基因具有高度的核苷酸多样性。3个基因的单倍型数相同，但其单倍型多样性并不一致。Tajima’s D检验D值均不显著，符合中性选择理论。
　　4、在单倍型分析中，这3个基因分为不同的单倍型，但不同的单倍型与支链淀粉含量之间有较好的对应关系，支链淀粉含量较高品种（系）往往被分在同一簇中，低支链淀粉含量品种（系）也被分在同一类，说明支链淀粉含量相近的材料可能有相似的单核苷酸序列变异。
　　5、对90个SNP位点进行检测发现，所有的位点均与直链淀粉含量之间没有明显的相关关系， ss2a-rs31位点和sbe2a-rs10位点与支链淀粉含量之间有显著的相关性。关联分析发现，ss2a-rs31位点CT基因型与TT基因型高支链淀粉含量之间差异不显著（P＞0.05），而在中等支链淀粉和低支链淀粉含量中差异性显著（P＜0.05）；CC基因型的个体支链淀粉含量显著高于TT基因型和CT基因型。在sbe2a-rs10位点GG基因型的高支链淀粉含量显著低于AA基因型和AG基因型（P＜0.05）；而在中等支链淀粉含量和低支链淀粉含量中，AG基因型显著高于AA基因型和GG基因型。初步推断，这两个位点对支链淀粉的含量贡献较大，可以作为SNP标记开发的候选位点。
　　本研究通过对不同淀粉含量的小麦品种（系）的3个淀粉合成相关酶基因的研究，发掘基因内部可能存在的SNP位点信息，结合基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱技术（MALDI-TOF-MS）对候选的SNP位点检测，利用SPSS统计分析，发现ss2a-rs31位点（C?T）和sbe2a-rs10位点（A?G）可能是造成支链淀粉含量差异的有效位点。