高分子量麦谷蛋白是决定小麦品质的重要因素之一。近年来，通过遗传工程来改变小麦HMW-GS的组成已成为改良小麦品质的重要手段。小麦的近缘种属中含有丰富的HMW-GS等位基因，这些基因是小麦品质改良的宝贵基因资源。赖草属(Leymus)、偃麦草属(Thinopyrum=Elytrigia)和冰草属(Agropyron)都是小麦的重要近缘属，其中的许多种已与小麦杂交成功并应用于品种改良。本研究以赖草属、偃麦草属和冰草属植物为材料，进行了高分子量麦谷蛋白亚基(HMW-GS)组成、基因克隆和分子特征研究，得到以下主要结果。 1、利用SDS-PAGE对赖草属的赖草(L.secalinus)、大赖草(L.racemosus)、多枝赖草(L.multicaulis)、毛穗赖草(L.paboanus)和滨麦(L.mollis)，偃麦草属的灯芯偃麦草(Th.junceum)，冰草属的冰草(A.cristatum，包括二倍体、四倍体和六倍体3种倍性类型)等7个物种、9份材料的HMW-GS组成进行了分析。结果显示，在赖草属的5个种中，HMW-GS的分子量都较大，除了毛穗赖草中有一个亚基的迁移率与普通小麦(Triticumaestivum)的Bx7亚基相近外，其余亚基的迁移率都慢于Dx2亚基；在灯芯偃麦草和三种倍性类型的冰草中，HMW-GS亚基的分子量都较小，除了灯芯偃麦草中的一个亚基的迁移率与Dy12亚基相近外，其余亚基的迁移率都位于普通小麦的低分子量麦谷蛋白区。另外，由于这些野生种多为异花授粉植物，所以在不同的种子中往往表达不同数目和大小的HMW-GS。 2、利用GenomicPCR方法，从上述7个小麦近缘种中克隆了20个HMW-GS基因，其中的18个基因获得了全长编码区序列。这些基因均属第一次被克隆。序列分析表明，克隆的20个HMW-GS基因中，8个属于x-型亚基基因，12个属于y-型亚基基因；18个全长编码区序列中5个具有完整的开放阅读框，其余13个在中间重复区出现终止密码子突变。基因结构分析表明，虽然这些来自小麦近缘物种的HMW-GS基因与来自普通小麦的同类基因在序列上有很高的同源性，但在中间重复区的长短、编码半胱氨酸的数目与位置等方面都有一些明显不同于普通小麦的结构特征。例如，多枝赖草的Lmox2亚基在N端只有1个Cys；滨麦的Lmoy2亚基中间重复区具有两个Cys；二倍体冰草的Bty2和Bty4的N端与已知y-型亚基的N端相比缺失了10个氨基酸序列，等等。这些结构新颖的HMW-GS等位基因在小麦品质改良中可能具有重要的应用价值。3、具有开放阅读框的Lmox1、Lrax1和Jy基因在大肠杆菌中得到了表达产物。 4、用PCR方法从滨麦、多枝赖草、大赖草中克隆了6个HMW-GS基因启动子序列，其中4个属于y-型亚基基因的启动子，两个属于x-型亚基基因的启动子。序列对比表明，赖草属HMW-GS基因的启动子序列与小麦同类基因的启动子具有很高的同源性。4个启动子序列具有完整的功能结构域，2个启动子序列在某些调控元件中有个别碱基的突变。 5、根据HMW-GS的N端序列比较，发现赖草属的Lsex1，Lpax1，Lmox1，Lmux1，Lrax1和Lmoy2亚基与偃麦草属的E(或J)基因组编码的亚基同源性很高，推测赖草属的未知染色体组Xm可能与E染色体组同源。 6、通过全长序列的比较，克隆的这些HMW-GS基因中有4同源性很高的基因，这4组基因分别是：Lsex1，Lpax1，Lmox1，Lmux1和Lrax1；Bty1，Bfy1和Bsy1；Lpay1，Lmoy1和Bsy3；Bsy2，Bty3和Jy。各组内基因之间的同源性高达99％，甚至完全相同。 7、基于C端序列分析，发现某些y-型亚基(例如：Jy、Bty3、Bsy2、Bty1、Bty2、Bty4、Bfy1和Bsy1)并没有典型的y-型亚基的C端序列，甚至与x-型亚基更相似。推测这些介于x-型和y-型之间的亚基很可能是一种进化上较原始的类型。 8、x-型和y-型亚基的C端序列比较发现，两种类型的亚基之间主要有7个氨基酸的差别。而这7个氨基酸在x-型亚基和古老的大麦高分子量麦谷蛋白亚基中是非常保守的，而在y-型亚基中是多变的。由此推测，y-型亚基基因的C端可能是由原始的x-型亚基基因的C端通过突变的积累自然选择分化而来的。