高AC水稻淀粉合成相关酶基因表达的温度效应

以高直链淀粉含量(AC)早籼稻品种嘉育353为材料,利用人工气候箱设置高温(日均温32℃)和适温(日均温22℃)2个温度处理,采用实时荧光定量PCR技术分析了不同灌浆温度下水稻胚乳中3个淀粉分支酶基因(sbe1、sbe3和sbe4)、3个淀粉脱支酶基因(R酶基因、isa1和isa2)以及2个淀粉合酶(GBSSⅠ和SSSⅠ)基因的表达特性。结果显示,除了sbe4、isa1和GBSSⅠ基因外,其余基因高温下表达量均显著高于适温,表明sbe1、sbe3、R酶基因、isa2以及SSSⅠ基因属于温度敏感型基因,可能在水稻胚乳淀粉合成的温度调控方面起着关键作用。     

不同温度下水稻胚乳AGPase各同工酶基因表达特征初步分析

以特青和泰国香米为材料,利用人工气候箱设置高温(日平均温度33qC)和适温(日平均温度25C)2个温度处理,结合实时荧光定量PCR技术分析比较了水稻淀粉合成关键酶腺嘌呤-葡萄糖焦磷酸化酶(AGPase)7个同工酶基因AGPS1、AGPS2a、AGPS2b、AGPLI、AGPL2、AGPL3及ACPLA的表达特征.结果表明,AGP52b、AGPL2、AGPL3等3个同工酶基因表达较强,可能是水稻胚乳中AGPase基因表达的主要形式,其中AGPL2相对表达量最高;AGPS2b、AGPL2、AGPL3在2个品种中的相对表达量均为适温处理高于高温处理,在特青胚乳中各时期2种温度处理下的相对表达量总体高于泰国香米中的相对表达量.     

花后高温胁迫对春小麦籽粒淀粉合成的影响

为揭示高温胁迫对春小麦籽粒淀粉合成的影响机制,以宁春4号小麦为材料,分别于花后5、10、15和20 d进行高温（35 ℃±3 ℃）胁迫,利用实时荧光定量PCR法（qPCR）研究花后不同时期高温胁迫下小麦籽粒淀粉合成相关酶基因表达,并将基因表达量与对应籽粒淀粉合成酶活性进行相关性分析。结果表明,束缚态淀粉合成酶Ⅰ（GBSSⅠ）基因对高温不敏感,而腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶（AGPase）基因、淀粉分支酶（SBE）基因、可溶性淀粉合成酶（SSS）基因的表达均被高温胁迫抑制;被测的4种淀粉合成相关酶的活性均被高温协迫抑制。自然生长温度下,除GBSSⅠ酶外,SBE、AGPase和SSS酶活性与其对应基因的表达量极显著或显著正相关;高温胁迫使4种被测的淀粉合成相关酶活性与其对应基因表达量的相关性降低。高温胁迫通过抑制小麦籽粒淀粉合成相关酶基因的表达而影响对应酶活性,使小麦籽粒淀粉的积累发生改变;高温胁迫发生时间越早,对小麦籽粒淀粉积累影响越大。     

粳稻杂种后代胚乳可溶性淀粉合成酶及同工型基因表达特性分析

以籽粒直链淀粉含量为选择指标,从东农423×藤系180F2代起连续定向选择培育成的籽粒直链淀粉含量有显著差异的F10后代东农1006(直链淀粉含量为18.82%)、东农1012(直链淀粉含量为7.70%),同样,从系选1号×通769后代中选出东农1001(直链淀粉含量为17.51%)、东农1024(直链淀粉含量为7.40%)比较分析了灌浆过程中籽粒直链淀粉含量和可溶性淀粉合成酶活性及同工型基因表达量等变化特征。结果表明,灌浆不同时期籽粒直链淀粉含量低的后代及亲本直链淀粉量始终低于直链淀粉含量高的后代及亲本;成熟期籽粒直链淀粉含量低的亲本和后代籽粒支链淀粉含量均显著高于籽粒直链淀粉含量高的亲本和后代,抽穗后10d、17d、24d的籽粒直链淀粉含量与支链淀粉含量间均呈负相关,但相关未达显著水平;抽穗后10d、17d、24d的可溶性淀粉合成酶活性与籽粒直链淀粉含量的相关系数分别为0.8115**,-0.7554*,-0.5957,与支链淀粉含量的相关系数分别为-0.0694,0.5453,-0.0207;在灌浆过程中亲本及后代的胚乳OsSSSⅠ、OsSSSⅡ-1、OsSSSⅡ-3、OsSSSⅢ-1和OsSSSⅢ-2基因随籽粒灌浆进程其mRNA转录表达量逐渐增加,达到峰值后又逐渐下降,呈单峰曲线变化;而OsSSSⅢ-2和OsSSSⅣ-2基因mRNA转录表达量在灌浆各时期都比其他基因大;灌浆不同时期直链淀粉含量高的后代与高亲相比、直链淀粉含量低的后代与低亲相比,既有转录表达量增加的基因,也有降低的基因;可溶性淀粉合成酶活性与OsSSSⅠ、OsSSSⅡ-3、OsSSSⅢ-2的mRNA转录表达量正相关,相关达显著水平;与OsSSSⅡ-1、OsSSSⅣ-2的mRNA转录表达量正相关,但相关未达显著水平,与OsSSSⅢ-1的mRNA转录表达量呈负相关,但相关未达显著水平。     

温度对早籼稻米垩白发生与胚乳物质形成的影响

 以早籼品种中优早3号(少垩白)和泸红早1号(多垩白)为材料进行盆钵土培试验。在人工气候箱的设置两种温度处理（高温：昼/夜，33℃/29℃；适温：昼/夜，26℃/22℃）。结果表明温度对稻米垩白形成的显著影响，而且不同垩白的水稻品种在高温、适温条件下胚乳物质及酶类活性等的表现差异。少垩白的中优早3号通过高温和适温的同期比较处理，可以明显看到胚乳内部物质、相关酶活性及垩白度变化的温度处理效应，表明外部的高温条件影响了胚乳内部的生理生化状态及垩白的形成过程；而多垩白的泸红早1号的高温、适温处理差异相对较小。由此说明，少垩白的的品种更易受高温影响。     

块根特异启动的木薯SBE Ⅰ、SBE Ⅱ基因RNAi载体的构建及鉴定

利用基因重组技术,分别克隆木薯SBEⅠ基因ORF中的494 bp的片段和SBEⅡ基因ORF中的340 bp的片段;并通过重叠延伸PCR方法,扩增融合SBEⅠ、SBEⅡ基因片段的大片段SⅢ,将其正向、反向插入植物RNAi表达载体pART27中,同时克隆块根特异性启动子取代原来载体上自有的35S启动子,构建块根特异启动的可编码发夹结构的RNAi表达载体Sp-pRNAiSⅢ,为后续培育高直链淀粉含量的木薯新品种等实验打下基础。     

块根特异启动的木薯SBE I、SBE Ⅱ基因 RNAi载体的构建及鉴定

利用基因重组技术,分别克隆木薯SBEⅠ基因ORF中的494 bp的片段和SBEⅡ基因ORF中的340 bp的片段;并通过重叠延伸PCR方法,扩增融合SBEⅠ、SBEⅡ基因片段的大片段SⅢ,将其正向、反向插入植物RNAi表达载体pART27中,同时克隆块根特异性启动子取代原来载体上自有的35S启动子,构建块根特异启动的可编码发夹结构的RNAi表达载体Sp-pRNAiSⅢ,为后续培育高直链淀粉含量的木薯新品种等实验打下基础。     

水稻分支酶基因 Sbe1和 Sbe3 cDNA的克隆及全序列分析

 通过改良的RT PCR法合成了水稻未成熟种子胚乳cDNA库，并以此为模板，用PCR技术从粳稻品种武运粳7号中克隆了分别编码淀粉分支酶SBEⅠ和SBEⅢ的2个基因Sbe1和Sbe3。序列分析表明，克隆Sbe1和Sbe3基因的大小分别为2490 bp和2481 bp，包含了基因完整的编码序列。Sbe3基因与已发表基因全序列完全相同，同源性达100%；Sbe1基因与已发表基因序列有4个碱基不同，同源性为99.84%，推导氨基酸序列的差异为2个。     

小麦籽粒淀粉合成酶基因表达与酶活性特征的研究

为研究小麦籽粒淀粉合成酶基因表达与酶活性的特征,以普通小麦品种秦麦11(粒重36.942 mg/粒,淀粉含量61.02%)和中优9507(粒重50.636 mg/粒,淀粉含量68.36%)为材料,采用实时荧光定量RT-PCR方法,对灌浆期籽粒淀粉合成酶相关基因的表达进行了研究,并对其表达量与相应酶活性的相关性做了分析.结果表明,腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶基因(AGPase)、束缚态淀粉合成酶基因(GBSSI)、可溶性淀粉合成酶基因(SSS)、淀粉分支酶基因(SBE)表达均呈单峰曲线变化,在花后3 d 内检测不到其表达,花后4～6 d 这些基因开始表达.AGPase和SSS在花后12 d左右表达量达到高峰,GBSSI和SBE在花后15 d左右的表达量最大.自花后18 d开始,各基因的表达量均显著下降.中优9507在表达高峰期(即花后第12、15、18 d)的酶基因相对表达量均显著高于秦麦11,且差异均达显著水平.整个灌浆期间中优9507的四种淀粉合成酶活性高于秦麦11,尤其在灌浆中期差异更显著.相关分析表明,AGPase、SSS、SBE基因在花后15 d的相对表达量与相应酶活性间呈极显著正相关,而GBSS基因的相对表达量与GBSS酶活性间相关不显著,暗示AGPase、SSS、SBE基因在籽粒淀粉合成过程中属于转录水平调控,而GBSSI基因属于转录后调控.     

外源磷处理对水稻籽粒植酸含量及相关代谢基因表达的影响

利用水稻穗离体培养方法,对不同外源磷浓度下水稻籽粒植酸等磷化物含量的差异及其植酸代谢相关功能基因在灌浆过程中的表达特征进行了探讨。结果表明,水稻籽粒中的植酸、无机磷和总磷含量随外源磷处理浓度上升呈增加趋势,但磷处理对千粒重和单位籽粒中植酸积累量的影响因磷浓度水平而异,高磷处理会导致水稻千粒重和籽粒植酸积累绝对量的显著降低;外源磷处理浓度的上升,不仅会引起水稻籽粒中锌和铁元素含量的显著降低,而且会导致锌、铁营养的生物有效性下降;外源磷处理对水稻籽粒植酸含量的影响与不同磷处理下RINO1基因的相对表达量之间存在较密切关系,中磷浓度(3P)处理会诱导RINO1基因的表达,但高磷浓度(12P)会抑制RINO1基因的表达,RINO1是外源磷浓度处理对水稻籽粒植酸合成代谢过程产生调控作用的一个重要功能基因位点,而IPK2基因与水稻在不同磷浓度处理下的植酸含量变化无直接联系。     

Temperature Stress at Grain Filling Stage Mediates Expression of Three Isoform Genes Encoding Starch Branching Enzymes in Rice Endosperm

An early-maturity indica rice variety Zhefu 49, whose grain quality and starch structure are sensitive to environmental temperature, was subjected to different temperatures (32°C for high temperature and 22°C for optimum temperature) at the grain filling stage in plant growth chambers, and the different expressions of three isoform genes (SBEI, SBEIII and SBEIV) encoding starch branching enzyme (SBE) in the endosperms were studied by the real-time fluorescence quantitative PCR (FQ-PCR) method. Effects of high temperature on the SBE expression in developing rice endosperms were isoform-dependent. High temperature significantly down-regulated the expressions of SBEI and SBEIII, while up-regulated the expression of SBEIV. Compared with SBEIV and SBEIII, the expression of SBEI gene in Zhefu 49 rice endosperms was more sensitive to temperature variation at the grain filling stage. This study indicates that changes in weather/climate conditions especially temperature stress influence rice grain formation and its quality as evidenced by isoform expression.     

Effect of Temperature at Grain Filling Stage on Activities of Key Enzymes Related to Starch Synthesis and Grain Quality of Rice

Three japonica rice varieties with different cooking and eating quality were grown at high temperature in the greenhouse and natural field. Effects of temperature at the grain filling stage on these varieties were investigated in terms of the activities of key enzymes related to starch synthesis and cooking and eating quality of rice grain. The high temperature at the grain filling stage increased protein content, and decreased amylose content and taste meter value of rice; inferior grain quality varieties showed a greater magnitude of the increase or decrease than the superior ones. Reaction of rapid visco analyser profiles to the temperature varied with rice varieties. The activities of adenosine diphosphoglucose pyrophosphoryiase （AGPP）, soluble starch synthase （SSS） and starch branching enzyme （SBE） gradually increased to a peak value, and thereafter declined as grain filling progressed. Enzyme activities in different varieties differed in a same filling stage, and also in the time when the enzyme activity reached a maximum. AGPP and SSS were insensitive to the environmental temperature, but SBE was comparatively sensitive to the temperature, and its activity declined when temperature was too high or too low.     

氮肥对水稻胚乳淀粉品质、相关酶活性及基因表达量的影响

【目的】旨在为阐明灌浆成熟期氮素营养对水稻淀粉品质影响机理以及建立优质高产水稻栽培技术提供理论依据。【方法】选用4个籽粒直链淀粉含量差异显著的粳稻品种,通过盆栽试验研究氮素营养对稻米淀粉组分和蛋白质含量及稻米蛋白质水解对淀粉黏滞特性的影响,并分析氮素营养对灌浆过程中籽粒蔗糖合酶(SuSy)、蔗糖磷酸合酶(SPS)、蔗糖酸性转化酶(AI)活性及OsGBSSⅠ、OsISAⅠ、OsSBEⅠ、OsSBEⅡ基因转录表达量的影响。【结果】结果表明,籽粒支链淀粉含量对氮素营养很敏感,灌浆成熟期氮素营养能改变籽粒淀粉组分含量;施氮条件下,高直链淀粉含量品种蒸煮食味品质下降更加明显,去除稻米蛋白质可明显提高稻米黏滞特性,蛋白质对淀粉黏滞特性的影响很大;增加灌浆成熟期氮素营养能显著或极显著提高籽粒SuSy和AI活性,显著抑制籽粒SPS活性;灌浆成熟期氮素营养能改变灌浆不同时期籽粒OsGBSSⅠ、OsISAⅠ和OsSBEⅡ基因转录表达量,以致灌浆过程中这些基因的转录表达量变化动态发生改变,但OsSBEⅠ基因转录表达量不因氮素营养而发生改变;受氮素营养的影响,灌浆起始期籽粒OsGBSSⅠ基因表达量明显上调,而灌浆中后期明显下调;氮素营养明显抑制灌浆成熟期籽粒OsISAⅠ基因和灌浆中后期的OsSBEⅠ基因转录表达,显著提高灌浆前期和中期的籽粒OsSBEⅠ基因转录表达量;氮素营养能抑制灌浆起始期籽粒OsSBEⅡ基因的转录表达,而提高灌浆中后期的基因转录表达。【结论】灌浆成熟期氮素营养除了通过蛋白质含量对淀粉品质产生影响外,还通过调控淀粉合成相关的酶活性和基因表达量等生理环节对淀粉含量和精细结构起作用,最终改变稻米黏滞特性和食味品质。     

齐穗至乳熟期不同温度对水稻南粳9108籽粒激素含量、淀粉积累及其合成关键酶活性的影响

【目的】为了明确灌浆结实前中期不同温度对晚粳稻籽粒灌浆、总淀粉及其组分含量的影响特征及其机理,【方法】以优质食味粳稻南粳9108为材料,利用植物培养箱控温,于水稻灌浆结实期设置高温(HT,日均温度31℃)、中温(MT,日均温度26℃)和低温(LT,日均温度21℃)三个处理,以自然温度为对照(CK),研究灌浆结实前中期持续高低温对晚粳稻籽粒灌浆、内源激素含量、淀粉及其及合成关键酶活性的影响。【结果】随温度上升(21℃～31℃),晚粳稻结实率和千粒重降低;灌浆前中期籽粒总淀粉积累速率加快,但持续时间短,总含量降低,而直链淀粉含量及其所占比例在整个灌浆期均呈降低趋势;灌浆前中期脱落酸(ABA)含量显著增加,赤霉素(GA3)含量降低,玉米素核苷(ZR)含量呈"先增先降"趋势;MT处理有利于提高灌浆结实期籽粒生长素(IAA)含量,HT和LT处理均降低籽粒IAA含量,LT处理下,IAA含量先降后升,而HT处理籽粒IAA含量一直处于较低水平;籽粒可溶性淀粉合成酶(SSS)活性与ZR变化规律相似,也呈"先增先降"趋势,但二者在灌浆结实期并不同步;淀粉分支酶(SBE)活性增加而淀粉脱分支酶(DBE)活性降低。【结论】不同温度显著影响晚粳稻籽粒内源激素含量和淀粉合成关键酶活性的变化,进而影响晚粳稻籽粒灌浆、总淀粉及其组分的积累。     

白粉病对小麦品种西农979籽粒淀粉合成关键酶基因表达的影响

为了揭示白粉病对花后小麦籽粒淀粉合成的影响机制,以小麦品种西农979为材料,利用实时荧光定量PCR技术研究白粉病不同发病程度对小麦籽粒淀粉合成相关酶基因表达的影响。结果表明,随着感病程度的增加,小麦籽粒的腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶基因AGPase、淀粉分支酶基因SBE和可溶性淀粉合成酶基因SSS的表达均被抑制,其酶活性下降;束缚态淀粉合成酶I基因GBSSⅠ的表达量和酶活性均高于对照;去分支酶基因DBE的表达量与对照相比没有明显变化,但其酶活性在病害高峰期高于对照;支链淀粉含量和总淀粉含量显著降低,而直链淀粉含量增加。由此可知,白粉病通过改变籽粒淀粉合成相关酶基因的表达及活性而影响淀粉的积累。     

结实期低温胁迫对水稻强、弱势粒淀粉形成与积累的影响

【目的】研究结实期低温胁迫对水稻强、弱势粒淀粉组分含量、积累速率及关键酶活性的影响，明确淀粉合成关键酶活性变化对淀粉积累速率的调控效应，探究强、弱势粒淀粉形成积累差异对水稻产量的影响。【方法】以耐冷型品种东农428和冷敏型品种松粳10为试验材料，设置1个常温处理(白天温度28℃，14h/夜间温度22℃，10 h，7 d)和4个低温处理(17℃，低温处理时间分别为1、3、5、7 d)，分析了结实期低温胁迫对强、弱势粒淀粉组分积累、合成关键酶活性、水稻产量及构成因素的影响，并探讨了灌浆期各阶段淀粉积累差异与酶活性变化的关系。【结果】与对照相比，结实期低温胁迫降低了两个品种水稻强、弱势粒中腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(AGPase)、可溶性淀粉合成酶(SSS)、淀粉分支酶(SBE)的峰值活性以及支链淀粉和总淀粉含量，提高了齐穗后28~38 d 低温处理3、5、7 d的颗粒结合型淀粉合成酶(GBSS)活性和直链淀粉含量。与对照相比，各低温处理酶活性最高和淀粉积累最快的时间均有不同程度的推迟，低温处理7 d的影响最大，强、弱势粒低温处理7 d的支链淀粉和总淀粉含量分别在齐穗后13、18 d降幅最大，直链淀粉含量在28 d增幅最大。相关分析表明，强、弱势粒直链淀粉含量及强势粒支链淀粉、总淀粉含量与其最大积累速率呈极显著正相关，弱势粒支链淀粉、总淀粉含量还受到其最大积累速率出现时间的影响。AGPase、GBSS、SSS、SBE活性变化与淀粉积累速率和积累时间早晚密切相关，对淀粉及淀粉组分含量的变化有着明显的影响。同时，结实期低温胁迫显著降低了水稻的千粒重、结实率和产量，且随低温处理天数的增加降幅逐渐增大。结实期低温胁迫对弱势粒中淀粉合成关键酶活性变化影响大于强势粒，弱势粒淀粉合成积累减慢，含量降低，导致水稻千粒重显著下降，产量降低。【结论】就品种而言，耐冷型东农428具有较高的淀粉合成关键酶活性，淀粉及其组分含量较高，在低温胁迫下产量能维持在较高的水平。因此，强、弱势粒淀粉合成关键酶活性对淀粉合成起着非常关键的调控作用，淀粉组分和含量及其变化对产量有着十分重要的影响。     

人工控温条件下稻米垩白形成变化及胚乳扫描结构观察

 利用人工气候箱设高温（33℃）和适温（23℃）2个不同的温度处理,对2个不同垩白类型品种西农8116和广二矮104抽穗后稻米垩白的变化动态进行了研究,并通过对不同温度下稻米胚乳内部淀粉体形态、大小、发育程度、排列结构的扫描电镜观察,分析了稻米垩白形成变化与胚乳内部淀粉体结构特征的关系,结果表明,水稻灌浆结实期稻米垩白形成的变化过程主要是在抽穗5 d到15~20 d的这一时期,其余时段垩白度的变化幅度不大;高温（33℃）与适温（23℃）处理相比,以抽穗后10~20 d间的变化差别最为明显;胚乳淀粉体表现为“裸露型”还是“非裸露型”,主要与胚乳细胞内部淀粉粒发育程度有关,而与品种本身的垩白类型特征无必然联系     

水稻灌浆过程中籽粒淀粉合成关键酶活性与蒸煮食味品质

选用稻米蒸煮食味品质有显著差异的4个粳稻品种,对水稻籽粒灌浆过程中淀粉合成关键酶的活性变化及其与蒸煮食味品质关系进行了研究。 不同品质类型的品种间籽粒直链淀粉和支链淀粉含量在灌浆前、中后期表现出差异,这种差异主要表现在灌浆不同时期淀粉积累速率上。籽粒灌浆过程中,不同品质类型的品种中ADPG焦磷酸化酶和可溶性淀粉合成酶活性出现峰值的时间无差异,但淀粉分支酶活性出现峰值的时间,劣质品种明显早于优质品种,而且优质品种灌浆中、后期仍然保持较高水平的酶活性。ADPG焦磷酸化酶、可溶性淀粉合成酶、淀粉分支酶的活性与直链淀粉含量、支链淀粉含量、味度值、RVA谱特性间的相关性和程度因灌浆时期不同而发生变化。在整个灌浆过程中,可溶性淀粉合成酶活性与味度值间的相关均不显著,但灌浆前期和中、后期的ADPG焦磷酸化酶和淀粉分支酶的活性与味度值间呈显著或极显著相关。选择灌浆前期酶活性低或灌浆后期酶活性高的材料,将有利于提高稻米蒸煮食味品质。