调控水稻淀粉代谢及糖转运关键基因表达的效应研究

发布时间：2020-11-17 02:59

【摘要】：光合产物在水稻源库系统中主要是以淀粉和可溶性糖的形式进行代谢及转运,淀粉的代谢速率和可溶性糖转运效率决定了水稻源库流三者的关系,进而影响水稻的产量和品质。从水稻叶片固定CO2到胚乳中储藏淀粉的合成,OsGWD1、OsMEX1、OspGlcT、OsAGPS2和OsAGPL2等基因的编码产物在淀粉和可溶性糖的代谢及转运过程中发挥着重要作用。根据各基因在模式植物中的功能研究结果,我们构建了各基因相应的过表达和CRISPR/Cas9基因敲除转基因水稻,并进一步筛选出代表性转基因纯合系,对其生长发育、产量、品质等性状进行系统分析,探讨调控各基因表达对水稻形态建成、产量和品质的影响,从而为高产优质育种实践提供丰富的基因资源和遗传材料。相关研究结果如下:1、创建了 OsGWD1、OsMEX1OspGlcT、OsAGPS2OsAGT、过量表达转基因水稻,目的基因表达分析显示所有构建都顺利导入受体并成功表达。另外,我们还利用CRISPR/Cas9基因定点编辑技术编辑OsGWD1、OsMEX1、OspGlcT、OsAGPT、和OsAGPL2基因外显子区特异的靶位点,并成功获得各基因的功能缺失突变体。2、OsGWD、基因过表达引起水稻株高变高,籽粒变长变窄,千粒重增加。同时稻米的热力学特性发生改变,糊化温度显著上升,热焓值总体提高,并且增强了种子萌发过程中的耐旱性。敲除OsGWD1基因导致水稻分蘖数减少,但粒型变化与过表达一致,其他如千粒重、稻米品质等性状并未发生明显变化。3、同时过表达OsMEX1和OspGlcT基因引起水稻分蘖数减少、株高变高、籽粒变长变窄及千粒重增加。此外,过表达稻米的起始糊化温度To、峰值糊化温度Tp、终止糊化温度Tc和热烚值ΔH都明显升高。在ABA胁迫下,野生型对照幼苗的叶绿素含量下降,而过表达水稻叶绿素含量有所提高;低温胁迫下,过表达材料表现出一定的耐寒性。分别敲除OsMEX1和OspGlcT的单基因突变体表现出分蘖数减少,株高和千粒重降低,以及籽粒变长变窄的表型,而稻米品质未发生明显变化。4、同时过表达OsAGPS2和OsAGPL2可引起转基因水稻的表观直链淀粉含量有所下降,而垩白和胶稠度也有一定变化。敲除OsAGPS2基因导致水稻出现灌浆受阻,籽粒空壳现象严重,极大影响了水稻的产量与种子育性。而敲除OsAGPL2基因后,水稻的千粒重有一定程度的降低,同时表观直链淀粉含量有所上升。
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S511
【图文】：

的直接底物，而Ｇ１Ｐ则是ＡＤＰＧ合成的前体，Ｇ１Ｐ在细胞质ＡＤＰＧａｓｅ的作用下生成ＡＤＰＧ，??再进入造粉体。有研究指出，Ｇ１Ｐ转化成ＡＤＰＧ并不是在细胞质中完成，而是由假定的??Ｇ１Ｐ转运蛋白进入造粉体，然后在造粉体中合成ＡＤＰＧ?（图１．４）。造粉体中富集了颗粒结??合型淀粉合酶（ＧＢＳＳ）、可溶性淀粉合酶（ＳＳｓ）、淀粉分支酶（ＢＥｓ）和淀粉去分支酶??（ＤＢＥｓ）等与淀粉合成直接相关酶类，ＡＤＰＧ经ＧＢＳＳ催化后合成直链淀粉，支链淀粉的??合成则需要ＳＳｓ先将葡聚糖的ａ－ｌ，４－糖昔键连接生成ａ－１，４－葡聚糖，再由ＢＥｓ生成分支，??最后ＤＢＥｓ将多余分支去除完成支链合成⑷。（图１．２）??

植物中都存在编码ＧＷＤ蛋白的核酸序列和氨基酸序列［３６］。马铃薯ＧＷＤ蛋白分子质量约??为１６０ＫＤ，包含了?１４６１个氨基酸，蛋白结构是由１个Ｎ－黏性末端转移肽，２个淀粉结构??域和２个Ｃ末端构成（图１．３）。ＧＷＤ蛋白的Ｃ－末端域序列与丙酮酸磷酸二激酶（ｐｙｒｕｖａｔｅ??ｏｒｔｈｏｐｈｏｓｐｈａｔｅ?ｄｉｋｉｎａｓｅ，ＰＰＤＫ）有很高的同源性，且存在保守的组氨基酸残基［３７］。??ＧＷＤ对植物的表型研宄己经在不同的模式作物中开展过，缺少ＧＷＤ的拟南芥突变??体（ｗｄ）能够在淀粉水解酶含量保持不变的同时提高淀粉积累量，这类突变体在日间积??累淀粉，但夜间不能有效地降解淀粉因而植株表现出矮化的表型［３８］。在马铃薯中对ＧＭ??基因进行ＲＮＡ干扰也产生了类似的叶片淀粉富集表型［３２ｈ而在块茎中特异性干扰则会导??致块茎显著变小，数量显著增加［３１］。番茄和日本莲缺乏ＧＷＤ则会表现出花粉育性下降，??花粉粒结构不完整的表型，推测是花粉淀粉过量造成的ＡｎｄｒｅｗＦ等人（２０１５）通过??抑制Ｇ灰Ｄ基因在小麦胚乳中的表达，发现小麦籽粒在粒长、粒宽和千粒重等产量性状方??面增加

ａ螺旋都有１５个。对二聚体表面的氢键进一步分析，两个ＬＳ之间通过１９个氢键和２８个??疏水分子连接，两个ＳＳ间通过２７个氢键和３８个疏水分子固定，大小亚基间则分别通过??４个氢键１５个疏水分子、１０个氢键１９个疏水分子连接（图１．４）。??
【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 张明静;;淀粉糊化检测方法探讨[J];食品安全导刊;2018年12期

2 张福荣;罗静丽;朱宝燕;;磷酸酯双淀粉在面粉改良剂中的应用[J];食品界;2016年12期

3 邵泽东;;淀粉的糊化与老化及其在烹调中的应用[J];食品界;2017年04期

4 刘恬;过世东;;影响水产饲料淀粉糊化度的因素[J];饲料研究;2008年05期

5 胡友军,周安国,杨凤,陈德;饲料淀粉糊化的适宜加工工艺参数研究[J];动物营养学报;2003年01期

6 胡友军,周安国,杨凤,陈德;饲料淀粉糊化的适宜加工工艺参数研究[J];饲料工业;2002年12期

7 黄杰;苗润生;;粗饲料的膨化[J];现代化农业;1988年10期

8 毛羽杨;影响菜肴勾芡的主要因素[J];食品科学;1988年12期

9 贾瑞海;谷物淀粉糊化温度BEPT的测定[J];贵州农业科学;1988年04期

10 王玉忠,郑长义,殷捷;土豆淀粉在酶作用下的糊化研究[J];酿酒科技;1988年04期

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 鲍先扬;淀粉熔体原位接枝聚丙烯酰胺的流变动力学及其制备水凝胶的表征[D];华南理工大学;2019年

2 陈雅玲;淀粉合成相关基因（酶）的互作及其对稻米品质形成的调控研究[D];浙江大学;2016年

3 朱大伟;三种关键栽培措施对软米粳稻产量与品质的影响[D];扬州大学;2018年

4 高松洁;不同品质类型小麦在不同土壤条件下灌浆期蔗糖代谢与淀粉合成的研究[D];河南农业大学;2004年

5 刘延奇;酸酶催化水解对淀粉结晶结构与性质的影响研究[D];天津大学;2004年

6 苏军;淀粉合成相关基因转化籼型杂交稻亲本及育种利用研究[D];福建农林大学;2005年

7 刘海英;喷施6-BA和PP_（333）对小麦籽粒产量、淀粉形成与品质的调控效应研究[D];河南农业大学;2006年

8 杨柳;大米蒸煮溶出淀粉对米饭质构的影响及米饭质构的电化学评价[D];吉林大学;2017年

9 李法德;食品物料通电加热及高压电场节能干燥的应用研究[D];中国农业大学;2002年

10 李三峰;水稻垩白基因OsBT1的图位克隆与功能研究[D];中国农业科学院;2017年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 何巍;抑制淀粉分支酶的玉米和水稻胚乳双相淀粉的结构和发育[D];扬州大学;2019年

2 魏珂;调控水稻淀粉代谢及糖转运关键基因表达的效应研究[D];扬州大学;2019年

3 丁月平;苦槠淀粉理化性质及其体外消化特性研究[D];南昌大学;2019年

4 戴昊;木薯双醛淀粉及其水凝胶的制备与性能研究[D];大连理工大学;2019年

5 张艳;草甘膦在玉米微孔淀粉上的吸附与缓释性能研究[D];西北大学;2019年

6 李欢欢;糙米多酚对大米淀粉消化特性的影响[D];沈阳师范大学;2018年

7 戴桂芳;冷水可溶改性蜡质玉米淀粉的制备及其性质研究[D];华南理工大学;2019年

8 刘雅云;基于茶多酚-壳聚糖纳米缓释体系的纳米纤维素/淀粉活性包装膜的研究[D];华南理工大学;2019年

9 黄傲蒙;膨化工艺对小麦饲用品质的影响[D];上海交通大学;2016年

10 翁晨辉;肉松中淀粉的测定及不同加工工艺对其特性和含量的影响研究[D];浙江工业大学;2018年

本文编号：2887007