抑制淀粉分支酶表达对水稻籽粒淀粉原位糊化和水解的影响

发布时间：2020-04-14 13:44

【摘要】：禾谷类作物胚乳富含淀粉,不仅作为人类摄取碳水化合物的重要来源,还为种子萌发和幼苗生长提供主要的能量。抑制淀粉分支酶(SBE)表达提高胚乳抗性淀粉含量,具有促进人体健康的功能,因此SBE表达抑制的禾谷类作物已被大量培育。虽然抑制SBE表达对胚乳分离淀粉的结构和特性影响已有大量报道,但对籽粒淀粉的原位糊化和水解影响尚不清楚。本研究以不同直链淀粉含量的常规水稻籼稻特青、粳稻武香9915和糯稻广陵香糯及其来源的抑制SBEⅠ/Ⅱb表达的水稻株系成熟籽粒为材料,研究籽粒蒸煮过程和幼苗生长中淀粉形态结构和理化特性的变化,查明抑制SBE表达对水稻籽粒淀粉原位糊化和水解的影响,并揭示影响产生的原因。研究结果为高抗性淀粉作物的培育和利用提供参考资料,丰富和充实淀粉结构和特性相关知识。主要研究结果如下:1.完整籽粒树脂切片法观察水稻籽粒淀粉的原位糊化和水解。将课题组建立的禾谷类作物完整籽粒树脂切片法应用于水稻籽粒蒸煮和幼苗生长过程中胚乳淀粉形态变化的研究。结果表明,利用该方法,蒸煮的稻米和幼苗生长过程中的水稻种子可以被切成2 μm厚的完整籽粒切片。蒸煮稻米切片经碘染色,清晰呈现出稻米糊化从胚乳外围向内部进行;在糊化过程中,淀粉粒体积增加,直链淀粉溢出,淀粉粒逐渐失去颗粒形态而相互粘连在一起。幼苗生长过程中,胚乳淀粉的水解从近胚端向远胚端、从胚乳外侧向内侧逐步进行。2.抑制SBEⅠ/Ⅱb表达对水稻籽粒淀粉原位糊化的影响。将糙米在沸水浴中蒸煮不同时间,调查籽粒的蒸煮品质、观察淀粉的糊化过程、测定淀粉的结构特性。结果表明,常规水稻籽粒蒸煮30 min已完全糊化,但SBE表达抑制的水稻籽粒蒸煮60 min仍没有完全糊化。.籽粒体积、湿重和浸出物质随蒸煮时间延长而增加,常规水稻籽粒增加的幅度显著比SBE表达抑制的水稻高。常规水稻籽粒糊化从外向内逐渐进行,而SBE表达抑制水稻籽粒糊化最早开始于胚乳外围,但不能完全糊化,而籽粒中央区域可以完全糊化。常规水稻胚乳淀粉为均一的多角形复粒淀粉,易被糊化而相互粘连;SBE表达抑制的水稻胚乳外围区域含有多聚体、细长状和中空状等异质淀粉,难糊化阻止了淀粉相互粘连。蒸煮对籽粒淀粉的分子量分布没有影响,但常规水稻A-型淀粉易糊化变成无定形淀粉,而SBE表达抑制的水稻胚乳含有C-型淀粉,晶体结构难糊化,导致糊化的籽粒具有很高的消化抗性。上述结果表明,抑制SBE表达改变淀粉形态和晶体结构,淀粉抗糊化而提高籽粒的消化抗性。3.抑制SBEⅠ/Ⅱb表达对水稻籽粒淀粉原位水解的影响。将稻谷在黑暗条件下用水培养,在幼苗生长过程中,调查籽粒淀粉消耗与幼苗生长动态的关系、观察胚乳淀粉水解过程、测定淀粉结构和特性。结果表明,籽粒淀粉消耗与幼苗生长呈正相关,抑制SBE表达明显降低了籽粒淀粉的水解,导致幼苗生长缓慢。幼苗生长过程中,胚乳淀粉的水解从近胚端向远胚端、从胚乳外侧向内部逐步进行;常规水稻胚乳淀粉能被完全水解;SBE表达抑制的水稻胚乳多聚体、细长状和中空状等异质淀粉抗水解,导致胚乳外周的淀粉不能完全被降解。在常规水稻中,胚乳淀粉中的直链和支链淀粉同步被降解,淀粉的晶体结构在幼苗生长过程中没有发生变化;在SBE表达抑制的水稻中,淀粉中的直链淀粉优先被水解,支链淀粉长侧链较难水解,C-型淀粉中的A-型晶体比B-型晶体降解快。上述结果表明,SBE表达抑制的水稻胚乳异质淀粉的支链淀粉长侧链和B-型晶体结构抗淀粉水解酶的水解,导致水稻幼苗因缺少营养物质而生长缓慢。
【图文】：

逑以在短时间内对大量样品进行分析，研究调控淀粉合成相关基因表达对胚乳淀粉粒形态的逡逑影响（图１－２）。但该方法操作起来非常困难，无法获得完整籽粒的切片，观察到的图像也较逡逑模糊，，限制了它的推广应用。徒手切片虽然有广泛＿的应用，但切片厚度较厚且厚薄不均匀，逡逑只适合组织水平显示籽粒的轮廓和组织内的物质积累与分布，无法观察组织内的细胞显微逡逑结构及其贮藏物质的形态。逡逑图１－１：水稻成熟杆粒横向徒手切片亚铁氰化钾染色（ＳｅＵａｐｐａｎｅｔａｌ．，２００９）逡逑示铁元素在籽粒中的空间分布．（１．２１，１．２３）：普通水稻；（１．２２，邋１．２４）：转基因水稻；ｅ：胚乳；ｅｍ：胚．逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－１：邋Ｂａｒｅ－ｈａｎｄｅｄ邋ａｎｄ邋ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ邋ｓｅｃｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｒｉｃｅ邋ｍａｔｕｒｅ邋ｋｅｒｎｅｌ邋ｓｔａｉｎｅｄ邋ｗｉｔｈ邋ｐｏｔａｓｓｉｕｍ邋ｆｅｒｒｏ逡逑ｃｙａｎｉｄｅ邋（Ｓｅｌｌａｐｐａｎ邋ｅｔ邋ａｌ．，邋２００９）逡逑Ｓｈｏｗｉｎｇ邋ｔｈｅ邋ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｉｒｏｎ邋ｉｎ邋ｔｈｅ邋ｗｈｏｌｅ邋ｋｅｒｎｅｌ．邋（１．２１，邋１．２３）：邋ｎｏｒｍａｌ邋ｒｉｃｅ；邋（１．２２，邋１．２４）：邋ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ邋ｒｉｃｅ；邋ｅ：逡逑ｅｎｄｏｓｐｅｒｍ；邋ｅｍ：邋ｅｍｂｒｙｏ．逡逑Ｏ逡逑ｔ＆ｘｔ逦ｓｓｇ１逦

本文编号：2627360