小麦品质改良进展与展望--何中虎- PowerPoint 演示文稿.pdf

小麦品质改良进展与展望小麦品质改良进展与展望 何中虎何中虎 中国农业科学院作物科学研究所中国农业科学院作物科学研究所 国家小麦改良中心国家小麦改良中心 文献文献文献文献 1 Rare genetic variation at Zea mays crtRB1 increase carotene in maize grain Nature Genetics 2010 42 4 322 327 2 Genetic variability in yellow pigment components in cultivated and wild tetraploid wheats J Cereal Sci 2009 50 210 218 提纲提纲 概况概况 加工品质加工品质 营养品质营养品质 问题与展望问题与展望 概况概况概况概况 品质复杂性品质复杂性品质复杂性品质复杂性 农民 面粉厂 消费者对品质的要求不同农民 面粉厂 消费者对品质的要求不同 与食品种类有关 硬麦做面包 软麦做饼干与食品种类有关 硬麦做面包 软麦做饼干 与食品加工方法有关 手工 半机械和机械化 加工要求不同 与食品加工方法有关 手工 半机械和机械化 加工要求不同 品质及其在不同年份地点的稳定性至关重要品质及其在不同年份地点的稳定性至关重要 决定品质的因素决定品质的因素决定品质的因素决定品质的因素 品种品种 地点 气候 土壤及栽培等环境因素地点 气候 土壤及栽培等环境因素 分级 贮藏及运输分级 贮藏及运输 遗传因素遗传因素遗传因素遗传因素 Grain hardness Pina Pinb Dough strength extensibility Glu 1 and Glu 3 Starch viscosity Wx B1 null Color yellow pigment and PPO 7A and 7B 2A and 2D Sprouting resistance dormancy 3A and 4A Vp 1 Milling performance Pina Pinb major QTL on chr 4 5 6 Protein content major QTL on chr 3A 3B 5D 市场变化市场变化市场变化市场变化 食品多样化及快餐发展食品多样化及快餐发展 重视有机食品与营养品质重视有机食品与营养品质 东方消费西方食品 西方消费面条等东方消费西方食品 西方消费面条等 非食品消费非食品消费 气候变化气候变化气候变化气候变化 灌浆期30 以上高温降低磨粉和食品加工品质灌浆期30 以上高温降低磨粉和食品加工品质 穗发芽穗发芽 病虫害及赤霉病毒素病虫害及赤霉病毒素 技术变化技术变化技术变化技术变化 基因组学和蛋白质组学 如MAD TOF MS基因组学和蛋白质组学 如MAD TOF MS 基因功能标记及转基因技术的应用基因功能标记及转基因技术的应用 NIR NIT及试剂盒的广泛应用NIR NIT及试剂盒的广泛应用 质构仪用于食品品质评价质构仪用于食品品质评价 如何实现优质如何实现优质如何实现优质如何实现优质 品种与栽培技术品种与栽培技术 品质区划品质区划 品质标准与收购品质标准与收购 分类贮运分类贮运 配麦配粉配麦配粉 中国小麦品质中国小麦品质中国小麦品质中国小麦品质 始于1980年代中期 美国等在40年代已建立了 较完整的技术体系 始于1980年代中期 美国等在40年代已建立了 较完整的技术体系 传统食品评价体系传统食品评价体系 面筋强度弱面筋强度弱 策略 中国特色 新技术应用 国际合作策略 中国特色 新技术应用 国际合作 加工品质加工品质加工品质加工品质 面筋蛋白分类面筋蛋白分类面筋蛋白分类面筋蛋白分类 0 204060 0 204060 individual HMW LMW interactive HMW HMW LMW LMW HMW LMW Rmax Extensibility 谷蛋白亚基决定面团的弹性和延展性谷蛋白亚基决定面团的弹性和延展性谷蛋白亚基决定面团的弹性和延展性谷蛋白亚基决定面团的弹性和延展性 Relative contribution Relative contribution HMW GS are encoded by the Glu A1 Glu B1 and Glu D1 locus respectively They can be easily separated by SDS PAGE LMW GS are encoded by the Glu A3 Glu B3 and Glu D3 locus respectively Glu A3 has at least 7 subunits Glu B3 has 13 subunits and Glu D3 has 6 subunits Their separation is very difficult HMWHMW GS GS 和和和和LMWLMW GSGS遗传遗传遗传遗传 SDSSDSSDSSDS PAGEPAGEPAGEPAGE同时鉴定高低分子量亚基同时鉴定高低分子量亚基同时鉴定高低分子量亚基同时鉴定高低分子量亚基 高分子 量亚基 低分子 量亚基 高分子 量亚基 低分子 量亚基 2 7 9 12 1 5 13 16 10 1 5 7 8 10 2 17 18 12 A3a GS G S D3bD3cD3a A3d B3d 1 Neixiang 188 2 Gabo 3 Pitic 4 Nidera Baguette 10 用用用用2 2 DEDE鉴定鉴定鉴定鉴定GluGlu A3 A3 亚基亚基亚基亚基 用用用用MALDIMALDI TOFTOF MSMS 鉴定鉴定鉴定鉴定GluGlu A3 A3 亚基亚基亚基亚基 1 Neixiang 188 2 Gabo 3 Nidera Baguette 10 用用用用STSSTS标记鉴定标记鉴定标记鉴定标记鉴定GluGlu A3 A3 亚基亚基亚基亚基 Marker name Primer set Sequence 5 3 aTarget allele Fragment size PCR condition GluA3a LA1FAAACAGAATTATTAAAGCCGG a 529 94 35s 60 35s 72 90s SA1RGGTTGTTGTTGTTGCAGCA GluA3b LA3FTTCAGATGCAGCCAAACAA b 894 94 35s 60 35s 72 90s SA2RGCTGTGCTTGGATGATACTCTA GluA3ac LA1FAAACAGAATTATTAAAGCCGG acb 573 94 35s 60 35s 72 90s SA3RGTGGCTGTTGTGAAAACGA GluA3d LA3FTTCAGATGCAGCCAAACAA d 967 94 35s 60 35s 72 90s SA4RTGGGGTTGGGAGACACATA GluA3e LA1FAAACAGAATTATTAAAGCCGG e 158 94 35s 60 35s 72 90s SA5RGGCACAGACGAGGAAGGTT GluA3f LA1FAAACAGAATTATTAAAGCCGG f 552 94 35s 60 35s 72 90s SA6RGCTGCTGCTGCTGTGTAAA GluA3g LA1FAAACAGAATTATTAAAGCCGG g 1345 94 35s 60 35s 72 90s SA7RAAACAACGGTGATCCAACTAA 用用用用STSSTS标记鉴定标记鉴定标记鉴定标记鉴定GluGlu B3 B3 亚基亚基亚基亚基 AlleleAllele specific markerspecific marker LA1F SA1R GluA3 a LA3F SA2R GluA3 b A3a A3b A3c A3d A3e A3f A3g LA1F SA3R GluA3 ac LocusSubunitSDS PAGE2 DEMALDI TOF MSPCR Glu A3Glu A3a Glu A3b Glu A3c Glu A3d Glu A3e Glu A3f Glu A3g Glu B3Glu B3a Glu B3b Glu B3b Glu B3b Glu B3c Glu B3d Glu B3f Glu B3g Glu B3g Glu B3h Glu B3i Glu B3i Glu B3j Glu D3Glu D3a Glu D3b Glu D3c Glu D3c Glu D3d Glu D3f 不同方法鉴定效果比较不同方法鉴定效果比较不同方法鉴定效果比较不同方法鉴定效果比较 LMWLMW GSGS国际命名标准品种国际命名标准品种国际命名标准品种国际命名标准品种 位点亚基标 准 品 种位点亚基标 准 品 种 Glu A3Glu A3a内乡内乡188 中国春 中国春 Glu A3bGabo Pavon Glu A3cSeri 82 Avocet Glu A3dCappelle Desprez Wilgoyne Glu A3eAmadina Marquis Glu A3fKitanokaori Renan Glu A3gBluesky Glenlea Glu B3Glu B3a中国春中国春 Glu B3bGabo Avocet Glu B3b Nanbu komugi Glu B3cHalberd Insignia Glu B3d i鲁麦鲁麦23 Norin 61 Glu B3gAngas Cappelle Desprez Glu B3g Aca 801 Thesee Glu B3hNeepawa Pavon Glu B3i Heilo Opata Glu B3j内乡内乡188 Seri 82 Glu D3Glu D3a内乡内乡188 中国春 中国春 Glu D3bAvocet Gabo Glu D3cCappelle Desprez Insignia Glu D3c Amadina Heilo Glu D3fDarius Ernest 主要结论主要结论主要结论主要结论 分子标记有效快速鉴定Glu A3和Glu B3亚基分子标记有效快速鉴定Glu A3和Glu B3亚基 Glu D3难度大 2 DE也有局限性Glu D3难度大 2 DE也有局限性 MAD TOF MS潜力大MAD TOF MS潜力大 标准品种有重要应用价值标准品种有重要应用价值 y 0 9958x 30 193 r 0 70 30 35 40 45 50 55 60 65 70 152025303540 Glutenin 10 6AU mg B read sco re r 0 70 y 7 9529x 80 607 r 0 74 20 30 40 50 60 70 1 52 53 54 55 5 Gliadin Glutenin B read sco re r 0 74 蛋白组份含量与面包品质的相关性蛋白组份含量与面包品质的相关性蛋白组份含量与面包品质的相关性蛋白组份含量与面包品质的相关性 面筋品质改良要点面筋品质改良要点面筋品质改良要点面筋品质改良要点 选择优良高低分子量亚基 不含1B 1R易位选择优良高低分子量亚基 不含1B 1R易位 改良蛋白组分含量 提高谷蛋白比例改良蛋白组分含量 提高谷蛋白比例 硬度类型硬度类型Pinb D1bPinb D1b 蛋白质含量蛋白质含量 发掘并验证小麦基因功能标记发掘并验证小麦基因功能标记发掘并验证小麦基因功能标记发掘并验证小麦基因功能标记30303030个个个个 HMW GS 2 7 7OE 5 HMW GS 2 7 7OE 5 8 9 16 8 9 16 2020 低分子量亚基 低分子量亚基 Glu A3a b c d e f g h i jGlu A3a b c d e f g h i j 低分子量亚基 低分子量亚基 Glu B3a b c d e f g h iGlu B3a b c d e f g h i 硬度 硬度 Pina Pinb Pina Pinb Pinb D1qPinb D1q 淀粉 淀粉 Wx A1 Wx B1Wx A1 Wx B1和和Wx D1Wx D1 多酚氧化酶和黄色素 多酚氧化酶和黄色素 PPO18 PPO28 Yp7a Yp7bPPO18 PPO28 Yp7a Yp7b 抗穗发芽 抗穗发芽 Vp 1BVp 1B 营养营养营养营养品质品质品质品质 营养品质营养品质营养品质营养品质 传统的蛋白质含量 赖氨酸等传统的蛋白质含量 赖氨酸等 CGIAR生物强化生物强化 EU健康粮食健康粮食 淀粉品质淀粉品质 赤霉病毒素赤霉病毒素 改善微量元素营养改善微量元素营养改善微量元素营养改善微量元素营养 贫血病造成的损失占全国贫血病造成的损失占全国GDP的的2 5 强化面粉 食品 酱油等强化面粉 食品 酱油等 生物强化 即品种改良生物强化 即品种改良 Fe Zn及维生素AFe Zn及维生素A 难度大难度大难度大难度大 Fe Zn含量受土壤养分影响很大Fe Zn含量受土壤养分影响很大 抗营养因子 食品加工对生物有效性的影响抗营养因子 食品加工对生物有效性的影响 测定技术要求高 成本高测定技术要求高 成本高 缺乏可利用的分子标记缺乏可利用的分子标记 出粉率越来越低 60 左右出粉率越来越低 60 左右 抗营养因子抗营养因子抗营养因子抗营养因子 植酸及植酸酶降低人体对铁锌的吸收率植酸及植酸酶降低人体对铁锌的吸收率 降低癌症发病率降低癌症发病率 增强种子活力增强种子活力 通过制粉和食品加工可有效提高铁锌利用率通过制粉和食品加工可有效提高铁锌利用率 中国小麦优异种质中国小麦优异种质中国小麦优异种质中国小麦优异种质 铁锌含量分布在铁锌含量分布在28 0 60 2和和21 4 58 2mg kg 京冬京冬8号 中优号 中优9507铁锌含量高 生物利用率高铁锌含量高 生物利用率高 北京北京0045和中麦和中麦175锌含量高 锌含量高 45 8mg g Relationship between nutrient concentrations and flour yieldRelationship between nutrient concentrations and flour yield 0 20 40 60 80 100 120 556065707580859095100 Fe Zn Total P PAP Phytase Flour yield of total in grain 小麦八氢番茄红素合成酶 小麦八氢番茄红素合成酶 Psy 基因的克隆与标记开发 基因的克隆与标记开发 基因全长 基因全长 bp 内含子数内含子数cDNA bp 翻译的多肽序列翻译的多肽序列 5 UTRORF3 UTR残基数预测分子量残基数预测分子量 kD PSY A14177 bp5221128430342847 8 PSY B13313 bp5222126315642147 0 ZMU32636 15995 123456 14177 PSY 7A 123456 13313 PSY 7B 123456 HPLCHPLC分离小麦类胡萝卜素分离小麦类胡萝卜素分离小麦类胡萝卜素分离小麦类胡萝卜素 1111个小麦品种类胡萝卜素组份差异个小麦品种类胡萝卜素组份差异个小麦品种类胡萝卜素组份差异个小麦品种类胡萝卜素组份差异 ug 100g ug 100g Adom et al 2003 J Agric Food Chem 51 7825 7834 参数叶黄体玉米黄质参数叶黄体玉米黄质 Z 隐黄质 cx 高值 隐黄质 cx 高值143 427 113 3 低值低值26 48 71 1 倍数倍数5 4312 四倍体小麦类胡萝卜素组份四倍体小麦类胡萝卜素组份四倍体小麦类胡萝卜素组份四倍体小麦类胡萝卜素组份 叶黄体 65 2 叶黄体 65 2 玉米黄质 5 4 玉米黄质 5 4 胡萝卜素 0 6 胡萝卜素 0 6 胡萝卜素 0 5 胡萝卜素 0 5 隐黄质 0 3 隐黄质 0 3 Digesu et al 2009 J Cereal Sci 210 218 加工方式影响加工方式影响加工方式影响加工方式影响 酚类含量 麸皮 胚乳 15 18酚类含量 麸皮 胚乳 15 18 Ferulic acid 麸皮 胚乳 50Ferulic acid 麸皮 胚乳 50 叶黄体 麸皮 胚乳 4叶黄体 麸皮 胚乳 4 玉米黄质 麸皮 胚乳 12玉米黄质 麸皮 胚乳 12 隐黄质 麸皮 胚乳 2 隐黄质 麸皮 胚乳 2 Adom et al 2005 J Agric Food Chem 53 2297 2306 玉米显著进展玉米显著进展玉米显著进展玉米显著进展 类胡萝卜素成分中只有 和 胡萝卜素 C 和 类胡萝卜素成分中只有 和 胡萝卜素 C 和 隐 黄质 cx 经动物消化可转化为维生素A 玉米黄质 Z 则不能 隐 黄质 cx 经动物消化可转化为维生素A 玉米黄质 Z 则不能 增加上述三种成分是营养育种的重要目标增加上述三种成分是营养育种的重要目标 玉米的LCYE基因可显著增加 胡萝卜素的比例 玉米的LCYE基因可显著增加 胡萝卜素的比例 2008 但 C的大部分转化为 cx和Z 但 C的大部分转化为 cx和Z 根据拟南芥结果 玉米可能存在改变 根据拟南芥结果 玉米可能存在改变 C cx Z 基因 cx Z 基因 植物类胡萝卜素生物合成途径植物类胡萝卜素生物合成途径植物类胡萝卜素生物合成途径植物类胡萝卜素生物合成途径 PSY 八氢番茄红素合成酶八氢番茄红素合成酶 LCYE 黄化酶黄化酶 CRTRB 胡萝卜素羧化酶 胡萝卜素羧化酶 crtRB1 crtRB1 显著增加显著增加显著增加显著增加 胡萝卜素含量胡萝卜素含量胡萝卜素含量胡萝卜素含量 等位变异参数R等位变异参数R2 2 1 1 2 2 3 5 3 5 TE C32 C cx Z 42 TE C32 C cx Z 42 1212 0 InDel 4 C7 C cx Z 16 1 0 InDel 4 C7 C cx Z 16 1 2 2 3 3 3 3 TE C10 C cx Z 18 TE C10 C cx Z 18 Yan et al 2010 Nature Genetics 42 4 322 327 各位点优异等位基因频率各位点优异等位基因频率各位点优异等位基因频率各位点优异等位基因频率 位点群体1群体2群体3位点群体1群体2群体3 5 TE Alle22 901 9 3 TE Alle120 44 618 0 Yan et al 2010 Nature Genetics 42 4 322 327 三个位点联合效应三个位点联合效应三个位点联合效应三个位点联合效应 最优最优最优最优 最劣最劣最劣最劣 比较比较比较比较 群体 C C cx C Z C All群体 C C cx C Z C All 17 615 218 310 5 310 543 394 714 5 Yan et al 2010 Nature Genetics 42 4 322 327 其它结果其它结果其它结果其它结果 crtRB1是 胡萝卜素的主效QTL 5个群体 增加 胡 萝卜素 但总胡萝卜素减少 crtRB1是 胡萝卜素的主效QTL 5个群体 增加 胡 萝卜素 但总胡萝卜素减少8 9 48 0 crtRB1和LCYE呈加性效应crtRB1和LCYE呈加性效应 表达分析进一步证实crtRB1功能表达分析进一步证实crtRB1功能 性状 C C all性状 C C all crtRB14050 crtRB1 LCYE5265 ctrRB1ctrRB1ctrRB1ctrRB1和和和和LCYELCYELCYELCYE呈加性效应呈加性效应呈加性效应呈加性效应 启示启示启示启示 跨国12单位合作 高水平论文有重要应用价值跨国12单位合作 高水平论文有重要应用价值 对玉米营养育种有重要价值对玉米营养育种有重要价值 如何应用这一结果 影响黄色素其他基因如何应用这一结果 影响黄色素其他基因 类胡萝卜素的组份改良 黄色高营养小麦类胡萝卜素的组份改良 黄色高营养小麦 问题与展望问题与展望问题与展望问题与展望 主要进展主要进展主要进展主要进展 育成一批优质品种并大面积推广育成一批优质品种并大面积推广 3个骨干亲本 中作8131 1 临汾5064 小偃6号3个骨干亲本 中作8131 1 临汾5064 小偃6号 品质研究取得显著进展 国内外影响较大品质研究取得显著进展 国内外影响较大 优质品种优质品种优质品种优质品种 面包 中优9507 冀师02 1 济麦20 豫麦34 郑366面包 中优9507 冀师02 1 济麦20 豫麦34 郑366 面条 京9428 济麦19 济麦20 豫麦34 豫麦47面条 京9428 济麦19 济麦20 豫麦34 豫麦47 饼干 宁麦9 建麦1 皖麦19 扬麦13饼干 宁麦9 建麦1 皖麦19 扬麦13 品种进展品种进展品种进展品种进展 产量明显提高 接近普通品种产量明显提高 接近普通品种 品质国内外企业认可品质国内外企业认可 综合性状好综合性状好 其它进展其它进展其它进展其它进展 面包麦 肥水后移面包麦 肥水后移 饼干麦栽培技术饼干麦栽培技术 产业化链条建立 科研 生产 面粉企业产业化链条建立 科研 生产 面粉企业 品质三大亮点品质三大亮点品质三大亮点品质三大亮点 磨粉小麦出口实现零突破磨粉小麦出口实现零突破 优质强筋小麦在郑州商品交易所挂牌优质强筋小麦在郑州商品交易所挂牌 小麦价格进入路透社全球硬质小麦报价系统小麦价格进入路透社全球硬质小麦报价系统 提高综合品质提高综合品质提高综合品质提高综合品质 综合品质综合品质 食品表现食品表现 面筋质量面筋质量 强度与延展性平衡 延展性制约强度与延展性平衡 延展性制约 重视硬度重视硬度 吸水率制约吸水率制约 稳定性稳定性 蛋白质组份蛋白质组份 中国优质面包麦与澳洲小麦比较中国优质面包麦与澳洲小麦比较中国优质面包麦与澳洲小麦比较中国优质面包麦与澳洲小麦比较 品名吸水率 稳定时间 min 延展性面包评分 中优1661 617 219 967 藁城890165 913 417 059 豫麦3464 511 517 158 济南1767 46 116 451 济麦2061 39 016 554 皖麦3360 025 017 464 Hartog61 49 420 066 Sunstate60 07 019 362 品名吸水率 稳定时间 min 延展性面包评分 中优1661 617 219 967 藁城890165 913 417 059 豫麦3464 511 517 158 济南1767 46 116 451 济麦2061 39 016 554 皖麦3360 025 017 464 Hartog61 49 420 066 Sunstate60 07 019 362 2年8点样品平均 中国优质面条麦与澳洲小麦比较中国优质面条麦与澳洲小麦比较中国优质面条麦与澳洲小麦比较中国优质面条麦与澳洲小麦比较 品名延展性品名延展性Wx面条评分粘弹性光滑性面条评分粘弹性光滑性 高优50317 1无6118 19 3 豫麦3417 1无6218 39 1 豫麦4719 3有6620 69 6 郑902317 3无5917 08 4 PH82 218 9无6118 68 6 济麦1919 3无6317 39 1 济麦2016 5无6218 19 3 Hartog20 0有6721 19 7 高优50317 1无6118 19 3 豫麦3417 1无6218 39 1 豫麦4719 3有6620 69 6 郑902317 3无5917 08 4 PH82 218 9无6118 68 6 济麦1919 3无6317 39 1 济麦2016 5无6218 19 3 Hartog20 0有6721 19 7 拓宽领域拓宽领域拓宽领域拓宽领域 微量元素等营养品质微量元素等营养品质 抗穗发芽 降低黑胚抗穗发芽 降低黑胚 NIR NIT快速检测技术NIR NIT快速检测技术 继续加强继续加强继续加强继续加强 传统食品传统食品 生物技术应用生物技术应用 优质亲本创新 提高产量水平优质亲本创新 提高产量水平 完善区划方案完善区划