【摘要】：隨著人們生活質(zhì)量的提升,人們對(duì)稻米品質(zhì)的要求也日漸提高。由于稻米主要以米飯形式被消費(fèi),因此在眾多的稻米品質(zhì)內(nèi)容中蒸煮食味品質(zhì)最為重要。胚乳的直鏈淀粉和支鏈淀粉的含量和比例及支鏈淀粉的精細(xì)結(jié)構(gòu)等對(duì)稻米蒸煮食味品質(zhì)的形成起重要作用。淀粉合成與積累過程很復(fù)雜,涉及到一系列的酶促反應(yīng),而Os RSR1(Rice Starch Regulator1)轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控這些酶基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá),OsRSR1表達(dá)水平與淀粉合成關(guān)鍵酶基因表達(dá)水平有密切關(guān)系。另一方面,儲(chǔ)藏于DNA堿基序列中的生物遺傳信息是通過轉(zhuǎn)錄和蛋白質(zhì)的翻譯最終表達(dá),且基因編碼區(qū)中一個(gè)堿基的變化還會(huì)改變對(duì)應(yīng)蛋白的功能。作物品種間有性雜交后代產(chǎn)生超親變異是普遍的生物遺傳變異現(xiàn)象,也是選育作物新品種的重要變異來源,而且品種間有性雜交仍然是目前或?qū)磉x育新品種的主要途徑。通過RNA干擾技術(shù)對(duì)研究基因進(jìn)行雙重功能鑒定是一種可靠的分子技術(shù)手段。因此,利用RNA干擾和定量表達(dá)分析等技術(shù),深入研究OsRSR1結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和變異途徑以及轉(zhuǎn)錄表達(dá)特性等對(duì)闡明淀粉合成的分子調(diào)控機(jī)理和淀粉品質(zhì)改良等具有重要的理論及實(shí)踐指導(dǎo)意義。本研究選用胚乳直鏈淀粉含量超親變異的子代東農(nóng)1701和東農(nóng)1724及其親本系選1號(hào)、通769,OsRSR1表達(dá)干擾遺傳轉(zhuǎn)化株系東農(nóng)1724及直鏈淀粉含量極低的糯稻品種龍稻8號(hào)和直鏈淀粉含量極高的秈稻品種八十兒為供試材料,通過盆栽試驗(yàn)比較分析不同灌漿時(shí)期各淀粉組分含量和OsRSRI表達(dá)量,稻米R(shí)VA譜特性,并克隆6個(gè)供試材料OsRSR1的DNA和cDNA序列,并比較分析因DNA及mRNA堿基序列變化引起的氨基酸序列、結(jié)構(gòu)域和功能的變化、基因表達(dá)干擾材料品質(zhì)性狀和基因表達(dá)量變化及對(duì)氮素營(yíng)養(yǎng)的響應(yīng)。研究結(jié)果如下:(1)灌漿過程中,直鏈淀粉、支鏈淀粉和總淀粉的合成與積累主要在灌漿前期和中期,品種間直鏈淀粉在不同灌漿時(shí)期積累量呈現(xiàn)出糯稻粳稻㩳秈稻的趨勢(shì);直鏈淀粉含量高的品種,其評(píng)價(jià)優(yōu)良食味品質(zhì)品種的有效指標(biāo)崩解值小,消減值和回復(fù)值大。(2)灌漿初始階段和后期階段OsRSR1表達(dá)量大,灌漿中期表達(dá)量小,呈V字形變化趨勢(shì);灌漿各個(gè)時(shí)期6個(gè)供試材料按OsRSRI表達(dá)量由高到低排序依次為龍稻8號(hào)、東農(nóng)1724、通769、系選1號(hào)、東農(nóng)1701和八十兒,與該材料的籽粒直鏈淀粉含量高低排序正好相反,兩者間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,而且品種間有性雜交子代OsRSR1表達(dá)量會(huì)出現(xiàn)超親變異。(3)直鏈淀粉含量不同的品種間OsRSR1 DNA及mRNA堿基序列和氨基酸序列并不完全一致,與親本相比有性雜交后代DNA堿基序列在外顯子區(qū)和內(nèi)含子區(qū)均發(fā)生變化,而且DNA轉(zhuǎn)錄mRNA過程中也發(fā)生個(gè)別堿基的變化,形成與DNA堿基序列不匹配的mRNA堿基序列;OsRSR1由8個(gè)外顯子和7個(gè)內(nèi)含子組成,功能分析表明OsRSR1主要功能是調(diào)控其它基因的表達(dá);氨基酸差異并沒導(dǎo)致OsRSR1編碼蛋白的基本元件和功能變化,該蛋白結(jié)構(gòu)域保守性很強(qiáng)。(4)淀粉合成關(guān)鍵酶基因表達(dá)量變化趨勢(shì)與OsRSR1表達(dá)量變化趨勢(shì)正好相反;OsRSR1表達(dá)干擾能顯著提高水稻灌漿過程中籽粒SS1、GBSS1、AGPL2、SBEIIb和ISAI的表達(dá)量,對(duì)表達(dá)量峰值影響從高到底依次為GBSS1、SBEIIb、ISAI、SS1和AGPL2;淀粉合成關(guān)鍵酶基因的表達(dá)量升高,提高胚乳直鏈淀粉含量,提高淀粉的消減值,降低崩解值,最終降低稻米的蒸煮食味品質(zhì);增加灌漿成熟期氮素營(yíng)養(yǎng)能降低籽粒OsRSR1和下游結(jié)構(gòu)基因SS1、GBSS1、AGPL2、SBEIIb和ISAI的表達(dá)量,尤其是OsRSR1灌漿中期表達(dá)量降低幅度最大,進(jìn)而影響淀粉的合成積累,最終影響產(chǎn)量和品質(zhì)。
【學(xué)位授予單位】：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：S511
【圖文】：

圖 1-2 造粉體中儲(chǔ)藏淀粉合成途徑[12]。Fig.1-2 starch synthesis in the powders[12]圖 1-3 淀粉合成途徑[12]。Fig.1-3 starch synthesis pathway[12]淀粉（Amylose）是由 α-1,4 糖苷鍵連接而成的無分支狀螺旋結(jié)構(gòu)，如圖淀粉由 GBSS 催化合成[14]，包括 GBSSI 和 GBSSII 兩種同工型。表 1-1 所

3圖 1-3 淀粉合成途徑[12]。Fig.1-3 starch synthesis pathway[12]（Amylose）是由 α-1,4 糖苷鍵連接而成的無分支狀螺旋結(jié)構(gòu)，如圖由 GBSS 催化合成[14]，包括 GBSSI 和 GBSSII 兩種同工型。表 1-1 所器官中直鏈淀粉的催化合成和支鏈淀粉中葡聚糖鏈的形成，在直鏈，是直鏈淀粉合成中必須的酶促反應(yīng)；GBSSII 主要負(fù)責(zé)葉片和非儲(chǔ)[15-18]。水稻胚乳直鏈淀粉含量的高低主要受遺傳因素控制，有以下倍體核基因-Wx 基因控制、受兩對(duì)互補(bǔ)顯性基因控制、受不同位點(diǎn)稻可根據(jù)直鏈淀粉含量的不同劃分為：粳稻、糯稻（1~2%）和非糯：極低（2~10%）、低（10~20%）和中等（20~25%），高含量可分為中高27%）。

圖 1-4 直鏈淀粉和支鏈淀粉結(jié)構(gòu)示意圖[22]Fig.1-4 The structural representation of amylose and amylopectin starch[22]支鏈淀粉（Amylopectin）是一個(gè)具有樹枝形分支結(jié)構(gòu)的多糖，主鏈由 α-1,4 糖苷鍵首尾連接而成，分支為 α-1,6 糖苷鍵，如圖 1-4。支鏈淀粉占總淀粉的 55~80%，是植物淀粉的主要組成[23]。支鏈淀粉由 3 種酶相互作用合成，如表 1-1：AGPase、SSS、SBE 和 DBE。AGPase催化 ADP 葡萄糖的合成，為淀粉合成提供底物。水稻胚乳中 AGPase 的活性與淀粉積累正相關(guān)，是淀粉合成的限速酶，該酶的超表達(dá)能提高水稻產(chǎn)量[24]。SSS 控制支鏈淀粉鏈的延伸，根據(jù)氨基酸結(jié)構(gòu)不同，在水稻葉片和胚乳中可分為 SSSI、SSSII、SSSIII 和 SSSIV 4 個(gè)同工酶基因，單一 SSS 同工型基因缺失不會(huì)終止支鏈淀粉合成，但會(huì)改變支鏈淀粉的結(jié)構(gòu)和形態(tài)[25-27]。SBE 能使線性葡萄糖鏈上形成分支，在水稻中有以下 3 種同工型基因：SBEI、SBEIIb和 SBEIIa，在支鏈淀粉的合成中起關(guān)鍵作用。DBE 通過水解 α-1,6 糖苷鍵形成支鏈淀粉的精細(xì)結(jié)構(gòu)，根據(jù) DBE 作用底物不同可分為異淀粉酶（Isoamylase,ISA）和極限糊精酶或 R 酶（Pullulanase, PUL; R enzyme）兩大類[28-29]，而 ISA 又有 3 種同工型：ISA1、ISA2 和 ISA3。Ball 等[30]研究表明，SBE 催化產(chǎn)生的支鏈淀粉分支隨機(jī)分布，DBE 則“修剪”掉支鏈淀粉的糖鏈，抑制糖原的合成，使之形成支鏈淀粉晶體結(jié)構(gòu)。表 1-1 水稻胚乳中淀粉合成相關(guān)基因的功能及表達(dá)特征Tab. 1-1 Information function and expression pattern of starch synthesis genes in rice endosperm

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2754202