GLU-A1位点被GLU-D1替代对意大利面包小麦生化与流变特性的影响：双品系遗传改良研究

为解决面包小麦品质改良中HMW-GS（高分子量谷蛋白亚基）组合优化问题，研究人员通过染色体工程技术将GLU-D1位点（编码5+10/2+12亚基对）替换GLU-A1位点，构建了4种新型小麦品系。研究发现含6种HMW-GS的品系（N11 1A/1D 5+10和N18 1A/1D 2+12）面团强度（W值）提升20%，但双剂量5+10亚基导致过度韧性。该研究为小麦非转基因育种提供了新策略，成果发表于《Journal of Cereal Science》。

　　

面包小麦是全球温带地区最重要的粮食作物之一，其独特的加工品质主要依赖于谷蛋白形成的面筋网络特性。然而，现代小麦品种中GLU-A1位点通常仅表达1Ax1或1Ax2*亚基，而沉默的Glu-1Ay基因限制了品质提升空间。与此同时，GLU-D1位点编码的5+10和2+12亚基对已被证实能显著增强面团强度，但如何通过非转基因手段优化这些亚基的组合仍是育种难题。

为解决这一问题，来自国内的研究团队利用染色体工程技术，将携带5+10或2+12亚基对的1DL染色体片段替换两个意大利面包小麦品系（N11和N18）的1AL染色体片段。通过连续回交和分子标记辅助选择，成功构建了四类新型品系：两组携带6种不同HMW-GS的创新品系（N11 1A/1D 5+10和N18 1A/1D 2+12），以及两组含双剂量亚基对的品系（N11 1A/1D 2+12和N18 1A/1D 5+10）。

研究采用多维度分析技术：通过SDS-PAGE和A-PAGE（酸性聚丙烯酰胺凝胶电泳）验证蛋白亚基组成；UHPLC定量不溶性聚合蛋白（UPP）；结合粉质仪（farinograph）和拉伸仪（alveograph）评估面团流变特性。田间试验在意大利维泰博进行三年重复，采用随机区组设计。

3.1 创新小麦品系的构建
电泳分析证实GLU-A1位点被成功替换，N11 1A/1D 5+10和N18 1A/1D 2+12品系首次实现6种HMW-GS共表达（1Bx7+1By8+1Dx2+1Dy12+1Dx5+1Dy10），而双剂量品系仅含4种亚基。LMW-GS和醇溶蛋白谱保持亲本特征，排除背景干扰。

3.2 UPP季节性变化规律
双因素方差分析显示GLU-A1位点替代是UPP变化的主因（2023年贡献率80.16%）。含5+10亚基的N11衍生品系UPP显著提升，但N18背景中双剂量5+10亚基仅2022年达显著差异（p=0.0139），提示环境因素影响。

3.3 品质参数突破性发现
1）蛋白含量：N18 1A/1D 5+10品系达11.3%，较亲本提高6.6%；2）流变特性：6-HMW-GS品系面团强度（W）提升至280 J×10^-4
，但P/L比值失衡（N18 1A/1D 5+10达4.39）；3）双剂量2+12亚基使N11品系稳定时间延长61%（10.8 vs 6.7分钟），而双5+10亚基反降低39%。

讨论部分指出，该研究首次在面包小麦中实现GLU-D1位点的染色体工程重组，突破传统育种限制。值得注意的是，双剂量5+10亚基虽增加UPP和蛋白含量，但导致面团过度坚韧，这与Blechl等（2007）关于1Dx5过量表达的研究结论一致。相比之下，双剂量2+12亚基展现出更好的品质平衡性，为Durum等（2010）的发现提供了新佐证。

该研究的核心价值在于：1）开发出符合意大利非转基因法规的优质小麦新种质；2）揭示HMW-GS组合效应大于单纯数量积累；3）确立LMW-GS背景对最终品质的调控作用。未来需进一步解析亚基表达调控网络，为精准育种提供理论支撑。这些发现对小麦品质改良和食品工业应用具有重要指导意义。