[发明专利]鉴定小麦高分子量谷蛋白亚基的生物质谱方法

说明书

技术领域

本发明属于植物蛋白质组学技术领域，特别涉及小麦高分子量谷蛋白亚基及其分子量精确鉴定的生物质谱方法以及基于此方法对麦谷蛋白亚基的进一步表征。

背景技术

小麦是世界上分布最广的重要粮食作物，其胚乳含有其他粮食作物中所欠缺的面筋蛋白，因此可制作面包、面条、饼干、糕点和馒头等多种专用食品。研究表明，种子蛋白的组成和含量在很大程度上决定面粉加工品质的优劣。小麦种子蛋白根据溶解特点的不同可分为清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和麦谷蛋白，它们通过二硫键形成谷蛋白多聚体，从而决定面团的粘弹性。有研究显示，小麦谷蛋白多聚体是自然界最大的蛋白分子，其分子量可达数百万乃至上千万(Wrigley，1996；Stevenson和Preston，1996)。通常所说的小麦贮藏蛋白主要指醇溶蛋白和谷蛋白，其中麦谷蛋白约占贮藏蛋白的40％左右。根据还原条件下在SDS-PAGE中的迁移率不同，又可将麦谷蛋白分为高分子量谷蛋白亚基(HMW-GS)和低分子量谷蛋白亚基(LMW-GS)两类。HMW-GS只占小麦贮藏蛋白的10％，因其在组成高分子聚合体中起到很重要的作用(赋予面粉弹性)，所以它的组成和功能直接影响小麦面粉的烘烤质量。

HMW-GS与烘烤品质的相关研究开展较早。Payne(1987)等依据亚基间沉淀值差异对亚基烘烤品质进行了评分，对于紧密连锁的位点，则以亚基对为参评单位。评分等级最高的是1Dx5+1Dy10亚基对，其后为1Ax1、1Ax2^*、1Bx17+1By18、1Bx7+1By8，而1Dx2+1Dy12的亚基品质较差，1Bx6+1By8的评分等级最低，并推测在B组亚基中1Bx7好于1Bx6，1By8好于1By9。Seilmeier等(1991)根据抗延伸力的测定则评出单个亚基1Dx5、1By9、1Dy10有较好的品质，1By8和1Dy12相对较差。Payne等(1983)还报道了起源于日本的亚基1Dx2.2是一个与优质相关的亚基。研究结果还发现1Bx13+1By16、1Bx4+1By12对品质评定也具有重要作用，其中1Bx4+1By12的评分仅次于1Dx5+1Dy10。另外，7+9以及14+15对烘烤品质也有正向效应(刘丽等，2003)。

成熟HMW-GS的氨基酸序列可划分为三个结构区域：保守的N-端区、非重复的C-端区和中部的重复区。N-端和C-端在HMW谷蛋白中具有很高的保守性，其中N-端非重复区含81-104个氨基酸残基，所有得到序列分析的HMW-GS前5个氨基酸顺序完全相同(EGEAS)，N-端非重复区中还含有3-5个半胱氨酸；C-端有42个氨基酸残基，包含有一个半胱氨酸。中部重复区含有490-700个氨基酸残基，由多肽单位六肽、九肽和三肽重复出现构成，其中六肽以PGQGQQ、九肽以GYYPTSLQQ的保守形式出现在所有x-型和y-型亚基中，而三肽以GQQ的保守形式只出现在x-型亚基中，个别亚基含有一个半胱氨酸。HMW不同亚基间大小的差异主要是由于中部重复结构区域的变异所致，尤其是六肽和三肽的数量不同引起(Shwery和Tatham，1997)。重复肽段的结构特点不仅决定了HMW-GS具有高含量的谷氨酰胺、脯氨酸和甘氨酸以及低含量的赖氨酸，还形成了中部重复区的疏水特性(Shewry等，1989)。

对HMW-GS的二级结构进行分析发现，其中部重复区是由重复的β-反向折叠组成的螺旋结构，两端的非重复区是由α-螺旋构成两个球状结构。两端非重复区的半胱氨酸可使HMW-GS形成分子间二硫键，从而聚合成达上千万道尔顿的谷蛋白聚合体(MacRitchie，1992)。重复区高含量的谷氨酰胺可以形成分子内和分子间的氢键，部分氢键断裂形成松散区域和键合的链区，松散区域能被抻拉并能在外力消失后恢复，使谷蛋白具有弹性(Belton等，1994；1999)；两端二硫键的交联程度则决定面团的集团弹性(Shewry等，1992)。