中欧小麦地方品种与现代栽培种籽粒贮藏蛋白多样性解析及其对育种品质改良的意义

本研究针对现代小麦育种过程中蛋白质含量下降与品质性状改良的平衡问题，系统比较了中欧地区197份冬小麦地方品种和67份现代栽培种的贮藏蛋白组成多样性。通过高通量SNP芯片、MALDI-TOF MS和RP-HPLC等技术，发现现代品种通过提高谷蛋白/醇溶蛋白比率和UPP%补偿了蛋白质含量降低，并鉴定出多个具有优质潜能的地方种质资源，为小麦品质育种提供了新的遗传基础。

　　

随着全球人口增长和气候变化挑战加剧，小麦作为主要粮食作物面临产量与品质协同提升的重大需求。现代育种在追求高产过程中，普遍观察到蛋白质含量与产量间的负相关关系，导致小麦加工品质潜在下降。与此同时，公众常将麸质相关健康问题归咎于现代品种选育，但缺乏科学证据。中欧地区蕴藏着丰富的小麦地方品种资源，其贮藏蛋白组成的遗传多样性可能为品质改良提供未被充分利用的遗传变异。

为系统解析贮藏蛋白多样性及其演变规律，匈牙利农业研究中心团队在《Journal of Agriculture and Food Research》发表研究，对264份中欧冬小麦（197份地方品种和67份现代栽培种）进行了多维度分析。研究采用20K SNP芯片进行基因分型，通过SE-HPLC、RP-HPLC和MALDI-TOF MS技术量化蛋白质组分（包括HMW-GS、LMW-GS、醇溶蛋白和可溶性蛋白），并结合近红外光谱（NIR）测定蛋白质含量、湿面筋、吸水量和Zeleny沉降值等品质参数。田间试验在匈牙利Martonvásár进行三年重复，采用完全随机设计。

3.1 蛋白质组学数据库构建

通过MALDI-TOF分析从2018年收获样本中鉴定出710种多肽，其中可溶性蛋白多样性最高（247种），其次为醇溶蛋白（251种）、LMW-GS（191种）和HMW-GS（21种）。现代品种的蛋白谱多样性显著降低，LMW-GS、醇溶蛋白和可溶性蛋白分别减少32.4%、32.7%和27.53%。

3.2 产量与蛋白质含量

现代品种产量显著高于地方品种，但蛋白质含量较低（13.56–15.19% vs 16.07–16.85%）。Zeleny指数排名前十的基因型中九成为地方品种，表明地方种质在品质性状上具有突出潜力。

3.3 蛋白质组成与功能特性

现代品种通过提高谷蛋白/醇溶蛋白比率（尤其是HMW-GS优势等位基因Glu1Dd（5+10）的频率）和不可提取聚合物蛋白百分比（UPP%）来补偿蛋白质含量下降。Payne评分现代品种（8.88）显著高于地方品种（8.05），证实育种对面团强度的正向选择。

3.4 SNP标记的群体结构

基于15,784个SNP的邻接树将群体分为三组：SNP-1（主要为匈牙利地方品种）、SNP-2（多样性最高的地方品种）和SNP-3（现代品种与部分地方品种）。PCA分析显示现代品种与奥地利、前南斯拉夫地方品种遗传相似度高，提示这些种质对现代育种贡献较大。

3.5 蛋白质标记的群体结构

3.5.1 谷蛋白标记应用

HMW-GS标记将群体分为两组，携带Glu1Dd（5+10）等位基因的现代品种表现出更优的功能特性。LMW-GS标记进一步细化分组，揭示等位基因互作对品质的重要影响。

3.5.2 醇溶蛋白标记

醇溶蛋白组成为区分现代与地方品种的有效标记，80%以上现代品种聚集于独立簇。现代品种中α/β醇溶蛋白（富含致敏表位）含量显著降低，反驳了育种增加健康风险的假说。

3.5.3 盐溶蛋白标记

盐溶蛋白与品质参数关联较弱，不适合作为品质育种标记。

3.6 分层共聚类分析

热图分析将264份基因型分为三类：类现代地方种、现代品种和特异地方种。特异地方种（如SNP-1组）在逆境下保持更高蛋白质含量和稳定品质，彰显其育种价值。

3.7 多标记整合分析

结合HMW-GS、LMW-GS、醇溶蛋白和HPLC数据的邻接树将群体分为三组（SIK-1至SIK-3）。优质地方品种（如RMF107、RMF110、RMF165）多分布于SIK-2组，其中RMF165的Payne评分达10分，且Zeleny指数、蛋白含量均排名前十，成为品质育种优异资源。

研究结论强调，中欧小麦地方品种是现代育种中缺失的蛋白多样性宝库，其更高的蛋白质含量和独特组分（如高谷蛋白/醇溶蛋白比率、优异HMW-GS等位基因）为品质改良提供新途径。现代育种通过调整蛋白组成而非增加蛋白含量来维持功能特性，同时意外降低了潜在致敏组分（α/β醇溶蛋白）。鉴定出的优质地方种质（如RMF061、RMF117、RMF165等）可作为杂交亲本培育高产优质新品种。该研究不仅为小麦品质育种提供精准分子标记，还澄清了公众对现代小麦健康风险的误解，对可持续农业发展具有重要意义。