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作为物种形成的重要途经之一,远缘杂交能重演物种进化的历程,是一种研究生物进化的重要手段。在远缘杂交的过程中,往往伴随着广泛的遗传和表观遗传变异,尽管已经对这些新变异已经进行了较多的研究,但我们对其产生的分子机制仍知之甚少。普通小麦(Triticum aestivum L.,2n=6x=42, AABBDD)是世界上重要的粮食作物之一。高分子量谷蛋白亚基(High-molecular-weight subunit, HMW-GS)是小麦种子胚乳中重要的贮藏蛋白之一,作为重要的品质农艺性状,能直接影响小麦面粉的弹性并决定小麦的加工和烘烤品质。作为最早、最成功的被运用于小麦遗传育种改良的小麦近缘植物之一,黑麦(Secale cereale L.,2n=2x=14, RR)具有许多优良的性状和丰富的遗传多样性。前期研究中发现,在普通小麦Shinchunaga和秦岭黑麦杂种后代中发现有的材料具有新的HMW-GS表型。本研究利用SDS-PAGE分析、细胞学观察、基因组原位杂交技术、基因克隆和测序以及原核表达等方法,对部分材料的HMW-GS变异及遗传情况进行了相关研究,旨在探究其变异新表型产生的分子机理。获得的具体研究结果如下：1.通过SDS-PAGE对两个株系各50粒F4代种子的HMW-GS组成进行分析。发现来自C-4-1(F3)的所有F4种子只表达了4个HMW-GS,1Dx2.2和Ry亚基未表达；而在来自C-4-2(F3)的所有F4种子只表达了3个HMW-GS,Ry和1By8亚基均未表达。追溯到它们的F3(C-4-1和C-4-2)、F2(C-4)和F1(C),发现F3与自交F4代的HMW-GS组成完全一样；F1遗传了两个亲本的所有6个HMW-GS;而在F2中只表达了5个HMW-GS,Ry亚基未表达。进一步研究了两个株系的F5,发现与F3和F4一样,这表明这两个材料的HMW-GS组成已经稳定遗传。2.对两个株系的F5代各20个植株进行了农艺性状的调查。发现两个株系F5代株高、分蘖、主穗穗长和小穗数与母本小麦Shinchunaga接近,同时后代各植株间的农艺性状比较一致,并且结实都已经正常,这表明它们已经形成稳定的品系材料。3.细胞学观察发现,两个稳定株系的F5代各50个根尖细胞的染色体都为42条；原位杂交技术鉴定表明,所有后代材料都没有黑麦杂交信号,说明不含黑麦染色体；同时,对减数分裂中期观察发现,在50个花粉母细胞细胞中染色体都已经形成二价体,配对情况正常,表明细胞学已经稳定。4.利用一对高分子量谷蛋白亚基通用引物,对两个株系的F3(C-4-1和C-4-2)及F1(C)、F2(C-4)的基因组DNA进行PCR扩增,并获得了扩增条带的序列信息。在材料C-4-1中,发现了通过Glu-1Dx2.2序列删除,形成了约2.6kb的新等位基因Glu-1Dx2.2v (GenBank number:KC881262),这主要是由一段295bp的正向重复序列(DR)通过异常重组形成的。同时,1Dx2.2v亚基在原核细胞中也成功得到了表达,并发现它的条带迁移率与C-4-1种子蛋白中Rx亚基的条带基本一致。在C-4-2中,发现了Glu-1By8和Glu-1Bx7的突变型基因Glu-1By8null (GenBank number:KC881264)和Glu-1Bx7v (GenBank number: KC881263)。其中,Glu-1By8null是由于野生型的Glu-1By8基因发生了单碱基(C→T)的无义突变,导致CAG(谷氨酸)突变成TAG提前终止密码,致使Glu-1By8基因的沉默。Glu-1Bx7v则是在野生型Glu-1Bx7基因中央重复区删除了一段18bp的串联重复序列(TR)形成的新Glu-1Bx7等位基因。在F2中,同时发现了野生型和变异后的新HMW-GS基因。而在F1中,只发现了野生型的HMW-GS基因,表明变异发生在F1植株中。5.由于在原核系统中诱导表达的1Dx2.2v亚基的条带迁移率与种子蛋白中Rx亚基的条带非常接近,同时细胞学观察结果也表明在C-4-1后代株系中已不含黑麦染色体,因此我们推测在材料C-4及其自交后代的SDS-PAGE图上,1Dx2.2和1Bx7亚基之间的HMW-GS条带不是Rx,而是1Dx2.2v亚基。通过Glu-1Dx和Glu-Rx基因特异分子标记实验表明在F2(C-4)和F3(C-4-1)中不含有Glu-Rx基因,只含有Glu-1Dx2.2v基因,这也进一步证明了我们的推测。