不同类型水稻品种胚乳SBEIIb基因表达特性及启动子序列比较分析

为了研究胚乳直链淀粉含量有显著差异的水稻品种胚乳SBEIIb基因表达特性及其启动子,本研究根据日本晴的基因组序列,采用PCR技术克隆了6个品种的SBEIIb启动子序列。结果表明,供试品种的直链淀粉含量在不同的灌浆时期都存在着显著差异;在灌浆过程中胚乳SBEIIb基因的m RNA表达量呈单峰曲线变化,灌浆前期m RNA表达量平稳升高,中期出现峰值,后期快速降低,而且高直链淀粉含量的品种,其胚乳SBEIIb基因m RNA的表达量高,低直链淀粉含量的品种,其胚乳淀SBEIIb基因m RNA的表达量低;不同类型水稻品种SBEIIb基因启动子序列的同源性高达99%以上,SBEIIb基因启动子序列的保守性很强;品种间有性杂交子代SBEIIb基因的启动子序列可发生碱基的变化,但没有导致启动子核心元件发生变化;胚乳SBEIIb基因m RNA表达量的变化受SBEIIb基因启动子的调控影响很少。本研究结果为进一步研究淀粉分支酶基因的表达机制提供理论基础。     

籼稻稻米直链淀粉含量的胚、胚乳、细胞质和母体遗传效应分析

采用禾谷类作物种子数量性状遗传模型和统计分析方法, 分析了籼稻稻米直链淀粉含量的 胚、 胚乳、 细胞质和母体植株遗传效应以及环境互作效应。 结果发现稻米直链淀粉含量 的表现主要受制于基因的遗传主效应, 环境互作效应对其影响较小。 控制直链淀粉含量的 遗传主效应以胚乳效应为主, 细胞质效应和母体效应对直链淀粉含     

水稻超亲变异系和品种间OsRSR1基因序列比较及其性状变异机制分析

为了比较分析OsRSR1表达特点及序列和功能变异与性状遗传变异关系,选用籽粒直链淀粉含量很高的籼稻品种和极低的糯稻品种及遗传背景相似,但籽粒直链淀粉含量存在显著差异的粳稻亲本和杂交子代超亲变异系等为供试材料,进行转录因子基因OsRSR1的克隆、表达量测定及生物信息学分析。结果表明,灌浆初始阶段和后期阶段OsRSR1表达量大,灌浆中期表达量小,呈V字形变化,籽粒OsRSR1表达量高的品种其籽粒直链淀粉含量低,反之表达量低的品种籽粒直链淀粉含量高,二者间呈负相关关系,而且品种间有性杂交子代OsRSR1表达量会出现超亲变异;籽粒直链淀粉含量不同的水稻品种间OsRSR1全长DNA碱基序列及mRNA碱基序列和氨基酸序列并不完全一致,存在着多态性,与亲本相比有性杂交后代DNA碱基序列无论是在外显子区还是内含子区都可发生变化,而且DNA转录mRNA过程中也发生个别碱基的变化,形成与DNA碱基序列不配的mRNA碱基序列,最终形成同义或非同义的三联体密码,是性状产生遗传变异和基因多态性的重要途径; OsRSR1由8个外显子和7个内含子组成,基因序列的碱基变化均未改变基因的完整结构,籽粒直链淀粉含量差异显著的6个供试材料间的个别氨基酸差异并未导致OsRSR1蛋白的基本元件和功能变化,该蛋白结构域保守性很强。为深入研究基因转录水平的分子调控和遗传变异机制提供理论依据。     

低直链淀粉水稻品系的胚乳直链淀粉含量对成熟期温度反应的差异

胚乳的直链淀粉含量是影响米饭粘性的一种主要因素。本试验调查了由几个突变体衍生的低直链淀粉品系的直链淀粉含量对成熟期温度的反应情况。设置人工气象室、温度及自然条件相结合的处理方式，测定了高、中、低3种温度条件下成熟时的胚乳直链淀粉含量。调查发现被检测的每个品系或品种的直链淀粉含量在高温处理区较低。而在低温处理区较高。     

不同淀粉含量高粱子粒淀粉积累特性的比较

选择高淀粉和低淀粉2种类型高粱,在相同环境条件下种植,通过对子粒总淀粉含量和直链淀粉含量的测定,研究高粱开花后,不同淀粉含量高粱子粒淀粉积累特性的差异。结果表明,高粱子粒总淀粉、支链淀粉和直链淀粉含量随子粒灌浆过程推进均呈不断上升趋势,至成熟期达到最大值。高粱子粒灌浆过程中,高淀粉和低淀粉高粱子粒淀粉含量均呈"S"型曲线变化;高淀粉和低淀粉高粱在灌浆初期子粒直链淀粉含量并无显著差异,而在灌浆中后期表现为显著差异;高淀粉高粱子粒支链淀粉含量在灌浆初期明显高于低淀粉高粱子粒支链淀粉含量。子粒总淀粉积累的差异主要是由于灌浆期支链淀粉积累以及灌浆中后期子粒直链淀粉积累的不同造成的。     

冠菌素对玉米籽粒灌浆特性与淀粉合成的调控效应

玉米产量与籽粒灌浆特性紧密相关,调控籽粒灌浆特性是实现玉米高产的重要途径之一。本研究采用不同浓度冠菌素对灌浆期玉米(吐丝后10 d)进行叶面喷施处理,研究冠菌素(coronatine, COR)对玉米籽粒灌浆特性、淀粉含量和淀粉合成关键酶活性及其基因表达的调控效应。2年田间试验研究结果表明, COR对玉米果穗性状、产量、籽粒灌浆和淀粉合成的调控具有明显的浓度效应,适宜浓度COR (1.0 mg L~(–1))处理显著降低玉米果穗秃尖长度,增加穗粒数和千粒重,提高籽粒灌浆速率,延长灌浆持续期,提高产量。此外,适宜浓度COR处理显著提高玉米籽粒灌浆过程中淀粉合成相关酶AGPase、SSS、GBSS和SBE的活性,上调淀粉合成关键酶基因ZmSH1、ZmSH2、ZmWX1和ZmAE1的表达量,促进籽粒支链淀粉、直链淀粉和总淀粉的积累,提高了籽粒淀粉含量。研究结果明确了COR对玉米籽粒形态建成与物质积累的调控效应,为玉米增产增效栽培提供了新的技术手段。     

灌水量对小麦籽粒粉含量和相关酶活性及水分利用效率的影响

在2004-2005年和2005-2006年小麦生长季,设置不同的灌水时期和灌水量处理,研究了小麦籽粒产量、籽粒淀粉含量、淀粉合成相关酶活性和水分利用效率。结果表明,全生育期不灌水条件下,籽粒中的可溶性淀粉合酶(SSS)和淀粉粒结合态淀粉合酶(GBSS)活性在灌浆初期显著升高,在灌浆中后期显著降低,同时灌浆后期支链淀粉、直链淀粉和总淀粉含量亦显著降低。拔节期和开花期每次灌水60 mm有利于小麦在灌浆中后期保持较高的SSS和GBSS活性,提高灌浆后期籽粒中的支链淀粉、直链淀粉和总淀粉含量;灌水量进一步增加时,灌浆中后期的SSS活性显著降低,GBSS活性升高,灌浆后期的支链淀粉含量降低,直链淀粉含量升高。在两个生长季中拔节期和开花期每次灌水60 mm处理的土壤贮水消耗量较高,水分利用效率最高和籽粒产量较高。在此基础上增加灌水量时,开花至成熟阶段0~60 cm土层的土壤含水量显著升高,土壤贮水消耗量降低,籽粒产量无显著变化,水分利用效率和灌溉水利用效率降低。     

灌水量对小麦籽粒淀粉含量和相关酶活性及水分利用效率的影响

在2004-2005年和2005-2006年小麦生长季,设置不同的灌水时期和灌水量处理,研究了小麦籽粒产量、籽粒淀粉含量、淀粉合成相关酶活性和水分利用效率。结果表明,全生育期不灌水条件下,籽粒中的可溶性淀粉合酶（SSS）和淀粉粒结合态淀粉合酶（GBSS）活性在灌浆初期显著升高,在灌浆中后期显著降低,同时灌浆后期支链淀粉、直链淀粉和总淀粉含量亦显著降低。拔节期和开花期每次灌水60mm有利于小麦在灌浆中后期保持较高的SSS和GBSS活性,提高灌浆后期籽粒中的支链淀粉、直链淀粉和总淀粉含量;灌水量进一步增加时,灌浆中后期的SSS活性显著降低,GBSS活性升高,灌浆后期的支链淀粉含量降低,直链淀粉含量升高。在两个生长季中拔节期和开花期每次灌水60mm处理的土壤贮水消耗量较高,水分利用效率最高和籽粒产量较高。在此基础上增加灌水量时,开花至成熟阶段0～60cm土层的土壤含水量显著升高,土壤贮水消耗量降低,籽粒产量无显著变化,水分利用效率和灌溉水利用效率降低。     

水稻胚胎和胚乳双缺陷突变体eed1的表型与遗传分析

从由化学诱变剂甲基磺酸乙酯(ethylmethane sulfonate,EMS)处理的粳稻品种中花11突变体库中,筛选到一个可稳定遗传的胚胎和胚乳发育缺陷的突变体,命名为embryo and endosperm defective 1 (eed1)。eed1籽粒千粒重、颖果的粒长、粒宽、粒厚、萌发率、总淀粉、直链淀粉和贮藏蛋白系列指标较野生型均显著降低。eed1颖果严重皱缩,且胚乳呈粉质。利用扫描电镜观察发现,与中花11相比, eed1胚乳中淀粉粒排列疏松,多以单一、分散的淀粉粒存在,且呈近似球形。eed1胚胎结构异常,部分颖果未见有胚胎分化的痕迹。qRT-PCR发现, eed1胚乳中参与淀粉和贮藏蛋白合成的大部分基因表达下调。利用eed1与籼稻南京6号杂交得到的F2分离群体进行基因定位分析,将EED1定位于9号染色体长臂672kb的范围内,包含114个开放读码框。本研究为进一步解析EED1基因调控水稻胚胎和胚乳发育的机制奠定了基础。     

夏玉米籽粒胚乳细胞增殖及产量对不同光照的响应

为了探讨不同光照条件对夏玉米籽粒胚乳细胞增殖及产量的影响,2012—2014年于山东农业大学试验农场进行了大田试验,选玉米品种郑单958和登海605为试验材料,设置大田自然光照(CK)、开花至收获期遮阴(S1)、拔节至开花期遮阴(S2)、出苗至收获期遮阴(S3)和开花至收获期增光(L)5个处理,研究其对夏玉米籽粒胚乳细胞增殖、籽粒灌浆、淀粉含量、干物质积累及产量的影响。结果表明,遮阴后籽粒胚乳细胞增殖速率、细胞数目和淀粉积累量降低,细胞充实度下降,粒重显著降低,且S3对其影响最大,S1次之,S2影响相对较小。郑单958和登海605两个品种S1、S2和S3成熟期的胚乳细胞数目较CK分别降低33%、6%、29%和41%、5%、29%,DH605 L处理显著提高了胚乳细胞增殖速率、胚乳细胞数目及淀粉含量,细胞充实度和粒重显著上升。遮阴导致籽粒灌浆速率减缓,灌浆高峰期推迟,2个品种S1、S2和S3的最大灌浆速率较CK分别降低34%、13%、58%和38%、13%、64%,登海605L处理提高了籽粒灌浆速率,籽粒灌浆高峰期提前出现。2个品种S1、S2和S3较CK分别减产58%、26%、81%和67%、27%、81%,登海605 L处理增产9%。即遮阴降低了籽粒胚乳细胞数目、淀粉含量和灌浆速率,进而影响产量,花粒期充足的光照则有助于籽粒胚乳细胞增殖和产量提高。     

BEIIb基因对稻米直链淀粉及其合成途径中相关基因的影响

BEIIb基因是水稻淀粉合成的一个分支酶基因,在IR36的ae突变体中,BEIIb的缺失导致了直链淀粉的大幅度提高,同时影响了淀粉合成途径一些基因的表达。为深入探索不同直链淀粉含量品种的理化性质以及决定高直链淀粉含量的遗传因子。本研究选用了IR36及其突变体以及4份不同直链淀粉含量的水稻品种进行淀粉含量、理化性质以及淀粉合成途径相关的遗传因子的表达分析。研究发现直链淀粉含量IR36的ae突变体(30.05%)是野生型IR36(21.07%)的1.4倍,且明显高于其它品种,最低的是糯稻品种‘朝紫’(3.52%);IR36ae突变体与野生型的糊化温度也存在显著差异,且综合其他几个品种的结果发现,稻米的糊化温度与直链淀粉含量呈负相关;IR36ae突变体的胶稠度比野生型的硬,且直链淀粉含量越高的品种胶稠度越硬;IR36ae突变体的淀粉颗粒比野生型要稍大一点,且直链淀粉含量较高的品种淀粉颗粒较大;定量PCR结果表明ae突变体中BEIIb的缺失导致了Wx基因的上调,以及SSI和BEI、BEIIa的下调。且淀粉合成关键酶基因中的Wx基因(GBSSⅠ)在不同品种以及不同发育时期表达量均为最高,支链淀粉合成相关基因在低直链淀粉品种中的表达明显高于在高直链淀粉品种中的表达。BEIIb的缺失引起直链淀粉的明显提高,糊化温度的降低,淀粉颗粒的增大,以及一些淀粉合成相关基因的改变。     

两个直链淀粉含量不同的小麦品种籽粒淀粉合成酶活性与淀粉积累特征的比较

以均含有3个Waxy蛋白亚基的普通小麦品种济麦20（低直链淀粉含量）和鲁麦21（高直链淀粉含量）为材料，对灌浆期籽粒淀粉合成相关酶活性的变化及淀粉积累特征进行了研究，并分析了两者之间的关系。结果表明，蔗糖合成酶(SS)、腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(AGPP)、束缚态淀粉合成酶(GBSS)、可溶性淀粉合成酶(SSS)和淀粉分支酶(SBE)活性均呈单峰曲线变化。鲁麦21的上述酶活性均高于济麦20。相关分析表明，支链淀粉积累速率与SS、AGPP、SSS和SBE呈显著或极显著正相关；直链淀粉积累速率与SS、AGPP和GBSS呈极显著正相关。Logistic方程拟合淀粉积累过程发现，支、直链淀粉最终积累量的高低取决于积累启动时间的早晚和积累速率的高低，而积累持续期的调节作用较小。直链淀粉的积累速率除受GBSS活性影响外，还受SS和AGPP活性的影响，其中，GBSS活性的变化与2品种籽粒直链淀粉积累量的变化情况基本吻合。籽粒灌浆后期的GBSS活性对直链淀粉最终积累量的调节作用大于灌浆前期，说明对同时具有3个Waxy蛋白亚基的不同品种，Waxy蛋白亚基表达量(GBSS活性)的差异可能是导致品种间籽粒直链淀粉含量较大差异的一个关键原因。     

两系稻结实期胚乳和茎鞘非结构碳水化合物代谢活性的研究

选用不同类型的两系杂交稻, 研究结实期胚乳和茎、鞘非结构碳水化合物的代谢, 及其对灌浆结实的影响. 结果表明: 胚乳中ATPase和Q酶活性与灌浆结实密切相关; 胚乳中低含量可溶性糖表明了淀粉合成迅速. 茎鞘中高含量的可溶性糖是茎鞘碳水化合物代谢活跃的特征; 其可溶性糖含量与淀粉酶降解淀粉的活性显著相关; 茎鞘在由临时库     

无抗性选择标记转基因软米和糯稻新品系的选育及中间试验

直链淀粉含量是影响稻米品质的最重要因素之一。为培育直链淀粉含量较低的软米和糯稻新品系,在经共转化法获得的转反义Wx基因水稻自交后代中筛选获得国不含抗性选择标记基因的纯合体.对这些纯合转基因水稻的分析表明,其未成熟种子胚乳中Wx基因表达水平和成熟种子中Wx蛋白量较未转化对照有不同程度的降低。转基因水稻成熟种子中直链淀粉含量较未转化对照有不同程度的下降,2个转基因系降低至10%左右,相当于软米的直链淀粉含量,1个转基因系降到了2%以下,形成了糯稻新品系。转基因稻米中直链淀粉含量降低后,其胶稠度相应变软,而糊化温度未发生明显改变。田间试验结果表明,转基因水稻的大部分农艺性状与受体品种武香粳9号无显著差异。因此,本研究成功培育了无抗性选择标记且淀粉品质改良的转反义Wx基因水稻新品系。     

大麦籽粒淀粉和β-葡聚糖积累特性研究

为研究大麦籽粒支链淀粉、直链淀粉和β-葡聚糖积累特性,及淀粉各组分与β-葡聚糖的关系,以2个皮大麦、1个裸大麦和1个糯裸大麦为试验材料,测定花后7、14、21、28d淀粉各组分及β-葡聚糖含量。结果表明,甘啤6号淀粉各组分含量随灌浆推进均逐渐升高,在成熟期达到最大值;甘垦啤7号和甘垦6号均呈先升高后降低趋势,在花后21d有1个峰值。糯大麦C 2-1直链淀粉含量显著低于非糯大麦;支链淀粉含量显著高于非糯大麦,整个灌浆期呈先升高后降低趋势。β-葡聚糖含量均随灌浆时间延长逐渐升高,成熟期含量最高;整个灌浆期糯大麦C 2-1含量显著高于非糯大麦。相关分析表明,直链淀粉/支链淀粉比值与β-葡聚糖含量呈极显著负相关,可以将直链淀粉/支链淀粉比值作为高β-葡聚糖品种选育的一个指标。Logistic方程拟合发现,直链淀粉、β-葡聚糖最终积累量与积累起势与有效积累时间有关,支链淀粉最终积累量取决于最高积累速率和平均积累速率。     

o2突变引起糯玉米籽粒淀粉积累差异研究

糯玉米是主要鲜食玉米类型, opaque2 (o2)基因导入可增加籽粒赖氨酸含量,但同时引起籽粒皱缩、淀粉含量下降等,限制了其育种应用。为发掘优良糯玉米受体,以籽粒饱满圆型o2近等基因系(o2-NIL)糯2/wx1wx1o2o2和皱缩型黄糯2/wx1wx1o2o2为研究材料,通过对鲜食期、成熟期的百粒重和籽粒成分测定,发现淀粉和可溶性糖含量不同可能是导致2份糯玉米o2-NILs表型差异的主要原因。利用实时荧光定量PCR技术分析,发现授粉后10～24d两糯玉米o2-NILs中6个淀粉合成基因动态表达模式不同,其中Sh1、Sh2、SSIIIa和SBEIIb差异较大。分析胚乳转录组数据,发现两糯玉米o2-NILs中24个海藻糖和糖基水解酶编码基因和48个o2胚乳修饰基因变化不同,以上结果表明淀粉合成关键基因前期表达量高,后期与对照无差异,且糖代谢基因表达变化有利于淀粉合成可能是糯2/wx1wx1o2o2淀粉含量和百粒重不受o2突变影响,籽粒性状明显优于黄糯2/wx1wx1o2o2的重要原因,同时多个胚乳修饰基因的差异表达可能与该结果直接相关。本研究结果可为o2突变体在玉米育种中的应用提供重要...     

反义Trxs基因导入对弱筋小麦豫麦18淀粉积累及淀粉合成关键酶表达的影响

以转反义硫氧还蛋白基因小麦TY18-99和TY18-100及其相应未转基因对照为材料,于2007-2009年通过盆栽试验系统研究了反义Trxs基因(anti-Trxs)导入对弱筋小麦豫麦18籽粒灌浆过程中淀粉积累、淀粉合成关键酶活性以及淀粉合成酶基因表达的影响。结果表明,反义Trxs基因对小麦籽粒淀粉积累有一定的正效应。2个转基因株系的总淀粉和支链淀粉的积累速率较对照显著提高;在整个籽粒形成过程中,反义Trxs基因导入显著提高了淀粉分支酶(SBE)活性。在籽粒灌浆中期和后期,反义Trxs基因导入显著提高了腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(AGPase)和可溶性淀粉合酶(SSS)活性,降低了颗粒束缚型淀粉合酶(GBSS)活性。实时荧光定量RT-PCR分析表明,反义Trxs基因促进了AGPase、SBE I和SSS (SSS I、SSS II和SSS III)基因的表达,抑制了GBSS I基因的表达。上述结果说明,反义Trxs基因导入后促进了AGPase、SBE I和SSS基因的转录,从而使籽粒灌浆期间的淀粉积累速率发生了改变,最终显著提高了总淀粉和支链淀粉的含量,降低了直链淀粉含量,进而提高了淀粉的支/直比,这可能是转基因小麦淀粉品质改善和产量提高的主要原因。     

重离子辐照创建水稻直链淀粉、蛋白质突变系的研究

利用重离子辐照‘武运粳7号’创建农艺性状突变体库,用化学方法筛选直链淀粉、蛋白质突变材料,并研究籽粒品质性状与农艺性状的相关性。研究结果显示：202份‘武运粳7号’突变体的直链淀粉含量变幅范围是11.50%~21.70%,其中高含量直链淀粉突变体材料有23份,低含量直链淀粉突变体材料有29份;蛋白质含量变幅范围是7.91%~13.97%,其中高蛋白突变体有29份,低蛋白突变体有24份。进一步在品质性状与农艺性状之间进行相关性分析和主成分分析,相关性分析结果表明：蛋白质含量和每穗实粒数、株高、结实率、千粒重、穗长都呈极显著负相关,相关系数分别为-0.540、-0.593、-0.387、-0.581、-0.563;直链淀粉含量和单穗长呈显著正相关,相关系数为0.294。在主成分分析中将6个农艺性状综合为3个主成分,累积贡献率达89.118%。‘武运粳7号’直链淀粉、蛋白质突变系的获得可为品质性状相关合成途径以及基因调控研究提供基础材料,也为品质育种提供选择依据。     

水稻粉质胚乳突变体flo(t)的子粒性状及淀粉理化特性分析

淀粉是水稻胚乳的主要贮藏物质,其理化特性的解析对开展稻米外观和食味品质改良具有非常重要的理论和实践意义。本研究从烷化剂N-甲基N-亚硝基脲(MNU)处理的粳稻品种Hwacheong突变体库中,筛选得到一个稳定遗传的粉质胚乳突变体flo(t)。与野生型相比,flo(t)突变体的株高和穗粒数极显著、显著降低,种子胚乳表现为白色不透明粉质,千粒重降低15%,直链淀粉含量显著降低,但脂质含量显著提高。对成熟子粒扫描电镜观察发现,flo(t)突变体由大小不一、排列松散、间隙较大的淀粉粒组成,且淀粉的晶体结构与热力学特性也发生显著变化。     

不同品质类型小麦淀粉积累动态及其面包、面条加工品质研究

面食在食品工业中占有重要地位,面包和面条主要由小麦粉制成,因其感官吸引力、适口性、低成本和储存稳定性而在世界各地广受欢迎。淀粉在决定小麦的理化性质和蒸煮品质方面起着非常重要的作用,其含量及积累动态对小麦的加工品质有重要影响。以 6 类 12 个不同面包和面条品质的小麦为试验材料,测定不同时期各品种籽粒中的总淀粉含量、直链淀粉含量、支链淀粉含量的变化,对 11 个淀粉合成酶相关基因进行表达量的测定。结果表明,开花 24d 后优质品种的直链淀粉含量明显低于劣质品种;面条优质小麦花后 24d 支链淀粉含量迅速增加,开花后 36d 优质品种的支链淀粉较高;开花 24d 后面包劣质小麦总淀粉含量最高,面包优质品种最低,其他类型品种的平均总淀粉含量差异不大;面包优质和面包面条兼优小麦的 SBEI在灌浆后期表达量较高,面包优质小麦 SBEIIb 在灌浆中期的表达量较高,与优质小麦支链淀粉含量较高相吻合;直链淀粉含量及直支比低的小麦品种面粉的面包、面条品质较好。在面包、面条加工过程中,通过降低淀粉中直链淀粉的含量能有效提高加工品质,直链淀粉含量 / 支链淀粉含量比值可以作为评价面包、面条品质的指标,为今后的品质改良提供参考。