水稻淀粉合成相關基因對稻米食味品質影響的研究.pdf

1、水稻是我國乃至世界的重要糧食作物，其品質改良特別是食味品質改良已成為水稻育種的重要內容。直鏈淀粉含量(amylosecontent，AC)是決定稻米食味品質的最重要的指標，但是，直鏈淀粉含量相似的品種，其食味品質的差異仍然較大，鑒別這種差異的方法之一便是測定稻米的淀粉粘滯性譜(RVA譜)。許多研究表明，RVA譜可以用來評價稻米食味品質；AC與RVA譜的評價相結合可以提高后代選擇的準確率。但是，這種表型選擇工作十分繁重，并且，稻米食味品質

2、的遺傳特性非常復雜，因此，稻米食味品質育種的表型選擇的效率是很低的。分子生物學的發(fā)展為稻米品質改良提供了有力手段，分子標記輔助選擇是稻米品質改良的有效途徑。 食用精米的90％是淀粉，因而淀粉品質與食味品質直接關聯(lián)。稻米淀粉由直鏈淀粉和支鏈淀粉組成，直鏈淀粉由Wx基因編碼的顆粒結合淀粉合成酶(Granuleboundstarchsynthase，GBSS)以ADP-葡萄糖為底物催化合成；支鏈淀粉由可溶性淀粉合成酶(Solubles

3、tarchsynthase，SSS)、淀粉分支酶(Starchbranchingenzyme，SBE)、去分支酶(Debranchingenzyme，DE)以ADP-葡萄糖為底物協(xié)同催化合成，其中每一種酶又具有多種同工型(isoform)。因此，明確編碼這些酶的基因與食味品質的關系，就可以根據這些基因序列(或cDNA序列)設計基因標簽分子標記，發(fā)掘這些基因座的等位基因，直接用于分子標記輔助育種。 基于以上考慮，我們研究了不同生態(tài)

4、型品種間直鏈淀粉含量的變異及其遺傳特點，并以一個回交群體(蘇御糯為供體，桂朝2號為輪回親本)和一個DH群體(巴利拉為母本，南京11為父本)為材料，研究了淀粉合成相關基因包括Wx、Sbe1、Sbe3、Sbe4、Isa、Pul、Sss1、SssⅡ-1、SssⅡ-3、SssⅢ-1、SssⅢ-2、SssⅣ-1、SssⅥ-2對稻米淀粉RVA譜特征的影響，表明，Wx基因是影響稻米淀粉RVA譜的最重要的基因；該基因座存在有等位性變異；另外，我們還研究

5、了支鏈淀粉合成相關基因座包括Sbe1、Sbe3、Isa、Pul、Sss1、SssⅡ-3、SssⅢ-1的秈粳等位基因的轉錄水平的差異。以此為基礎，討論了稻米直鏈淀粉含量的育種策略。 1、水稻不同生態(tài)型品種間直鏈淀粉含量的變異及其遺傳分析以250個具有代表性的水稻品種和一個秈粳交(巴利拉/南京11)DH群體為材料，研究了直鏈淀粉含量在不同生態(tài)型品種間和DH系間的變異，用AccI-PCR標記檢測了Wx基因座的基因型。結果表明：在供試的

6、250個水稻品種中直鏈淀粉含量存在著明顯差異，分布在9.2％～29.2％之間，帶有Wxb等位基因的品種直鏈淀粉含量在9.2％～19.0％，帶有Wxa等位基因的品種直鏈淀粉含量在17.5％～29.2％。在DH系間直鏈淀粉含量的變幅在8.4％～28.3％，帶有Wxb等位基因的DH系直鏈淀粉含量在8.4％～17.7％，帶有Wxa等位基因的DH系直鏈淀粉含量在19.4％～28.3％。說明無論是帶有Wxb等位基因的品種還是帶有Wxa等位基因的品種

7、，直鏈淀粉含量適宜的品種都是存在的。進一步以250份品種和一個DH群體(巴利拉/南京11)為材料分析了Wx基因的遺傳效應，表明Wx基因對直鏈淀粉含量的貢獻率分別為77.9％和91.4％，說明，稻米直鏈淀粉含量主要由Wx基因控制，同時還受到其它基因的影響。因此，稻米的直鏈淀粉含量的改良過程中，首先應根據育種目標選擇適宜親本，從雜種早代(如F2或F3代)開始對擬選單株Wx基因座的等位基因類屬進行鑒別，并于隨后的世代對直鏈淀粉含量進行測定和跟

8、蹤，如此進行，可以提高品質育種的研究效率。 2、水稻淀粉合成相關基因對稻米RVA譜特征影響的研究以優(yōu)質粳型糯稻蘇御糯為供體，品質較差的秈稻桂朝2號為輪回親本，構建了BC2F4群體，研究了淀粉合成相關基因包括Wx、Sbe1、Sbe3、Isa、Pul、Sss1等對稻米淀粉RVA譜特征的影響。結果表明：Wx基因對RVA譜的8個特征值的表現(xiàn)均起主要作用，對支鏈淀粉合成相關基因Sbe1、Sss1、SssⅡ-3和SssⅢ-1表現(xiàn)有明顯的上位

9、性效應。在糯稻遺傳背景下，分支酶基因Sbe1和可溶性淀粉合成酶基因Sss1、SssⅡ-3和SssⅢ-1都可對RVA譜特征發(fā)生顯著影響，其中尤以SssⅡ-3的作用最為明顯。 3、水稻淀粉合成相關基因對稻米RVA譜影響的再研究以巴利拉/南京11的DH群體為材料，研究了淀粉合成相關基因對稻米RVA譜的效應。結果表明，Wx基因對PKV、HPV、BDV、CPV、SBV、CSV和PeT都具有極顯著的效應，能分別解釋6.1％、49.3％、28

10、.8％、65.7％、80.2％、70.0％和9.9％的表型變異；SssⅡ-3基因對PeT的效應和SssⅣ-2基因對BDV的效應也顯著地檢測到，能分別解釋41.6％和10.8％的表型變異。環(huán)境通過與基因的互作顯著地影響除PeT外的RVA譜的所有特征值，其中，對PKV的影響最大，它與Pul的互作能解釋表型變異的43.4％。淀粉合成相關基因間的互作也普遍被檢測到，其中，Wx基因與支鏈淀粉合成相關基因的互作更為普遍；對RVA譜的8個特征值來說，

11、除PKV和PaT外，都檢測到了至少1對基因互作對它們具有明顯的效應。 4、水稻Wx基因的等位性變異及其與稻米直鏈淀粉含量的關系以具有廣泛代表性的259份水稻品種(系)為材料，檢測了Wx基因座上三個位點(引導序列中的(CT)n、第一內含子+1位和第一內含子中的(AATT)n)的變異。結果表明，259份材料中共檢測到(CT)n重復數(shù)有8、10、11、14、17、18、19、20八種變異類型；第一內含子+1位堿基有G/T兩種變異類型；

12、(AATT)n重復數(shù)有4、5、6三種變異類型。三個位點的組合共17種變異類型，它們的頻率相差很大，最高的是18-T-5，頻率為0.347，其次的是11-G-6，頻率為0.236。Wx基因的第一內含子+1位堿基為G(Wxa)的變異類型與為T(Wxb)的變異類型之間，直鏈淀粉含量的差異達極顯著水平，但是，Wx基因座上(CT)n和(AATT)n對稻米直鏈淀粉含量是否具有明顯的效應，本研究得不出讓人置信的結論。因此，可以明確的非糯水稻Wx基因座

13、的等位基因有兩個：Wxa和Wxb。 5、支鏈淀粉合成相關基因座秈粳兩種等位基因的轉錄水平的差異分析從以秈稻桂朝2號為輪回親本、粳稻蘇御糯為供體親本的BC3F2群體中，篩選獲得了支鏈淀粉合成相關基因座Sbe1、Sbe3、Pul、Isa、Sssl、SssⅡ-3、SssⅢ-1分別為秈粳等位基因的成對近等基因系，并構建了它們的等基因池。運用熒光實時定量RT-PCR技術，研究了在非糯性遺傳背景下，這7個基因座上秈粳兩種等位基因在花后第14

14、天的轉錄水平差異，結果表明：SssⅢ-1、Sbe3和Isa基因座上秈粳兩種等位基因的表達差異都達到極顯著水平；Sss1基因座上秈粳兩種等位基因的表達差異達到顯著水平；Pul、Sbe1和SssⅡ-3基因座上秈粳兩種等位基因的表達差異都未達到顯著水平。并且，SssⅢ-1和Sbe3基因座上秈型等位基因的轉錄水平比粳型的高；Isa和Sss1基因座上秈型等位基因的轉錄水平比粳型的低。秈粳兩種等位基因的表型(RVA譜特征)凡是有顯著差異的，它們的轉