项目简报--第六期

2015年1月

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响应高温胁迫调控稻米直链淀粉含量相关QTL的定位与效应研究

灌浆期高温严重影响稻米的品质形成,品质的各项理化指标均会发生变化,其中垩白度、糊化温度和直链淀粉含量的变化较为明显,但这些指标的变化趋势常常因品种而异。对于耐热性较好的籼稻品种而言,高温下直链淀粉含量和垩白度的变化较小;而对于多数高温敏感的粳稻品种,高温下的直链淀粉含量和垩白出现程度会发生明显的变化,且一般都朝着品质变差的方向发展。

浙江省农业科学院朱英研究组与扬州大学刘巧泉研究组合作,利用一套以籼稻9311为父本,粳稻日本晴为母本的染色体片段替换系材料,开展灌浆期高温影响稻米品质的遗传机制研究。对其中的直链淀粉含量和种子中控制直链淀粉含量的主效基因Waxy (Wx)的表达模式进行了精细分析后的结果表明:高温下日本晴的直链淀粉含量明显下降,而9311的直链淀粉含量能维持相对稳定;来源于9311的4个QTL主效位点qHAC4、qHAC8a、qHAC8b 和 qHAC10 可以明显改善高温对稻米直链淀粉含量的破坏作用。物理定位结果表明LOD值最高的qHAC8a位于水稻第8号染色体短臂。对Wx基因的表达分析结果显示,主效位点qHAC8a和qHAC8b /qHAC4高温条件下可以提高Wx基因剪切效率。

该研究结果表明不同温度下Wx基因的表达变化是导致稻米直链淀粉含量发生变化的主要原因,而qHAC8a、qHAC8b/ qHAC4等作用位点可能是高温下Wx基因表达的重要调控因子。相关研究结果已于2014年2月发表于国际杂志Theoretical and Applied Genetics。

通过基于结构的修饰改变水稻OsGBSS1的酶活从而调控稻米中直链淀粉的合成

水稻Wx基因编码颗粒结合的淀粉合成酶1 (OsGBSS1, EC 2.4.1.242),负责水稻胚乳中直链淀粉的合成。中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所蔡秀玲研究组通过基于蛋白立体结构的定点突变结合转基因技术,对OsGBSS1氨基酸序列中的位于其底物结合口袋和催化域的8个氨基酸位点对其酶活的影响效应进行了研究。在以糯稻为受体的纯合转基因水稻植株中,分析了突变OsGBSS1的酶活和种子的直链淀粉含量。

研究表明,所研究的8个氨基酸突变后,通过影响OsGBSS1与淀粉粒或其底物的结合能力、或是蛋白的稳定性,从而对OsGBSS1的酶活水平具有不同程度的影响。

该项研究结果初步揭示了OsGBSS1酶活的结构基础,也提示我们可以通过修饰OsGBSS1的酶活来精细调控稻米中的直链淀粉合成。相关研究结果已于2014年12月发表于国际杂志Plant Biotechnology Journal。