行业动态

1. 淀粉生物合成途径相关基因的突变体构建及表达水平检测

与野生型相比，双突变体和三突变体中ISA3(开花5天后)的表达水平分别高出5倍和11倍。本研究进一步发现，sbe2b活性缺失和sbe1表达抑制对SSIIa和SSIIIa的表达有显著影响。而ISA3、AGPSIIb和Wx^a的表达明显增加。单突变体开花10 d后Wx^a和普鲁兰酶的表达量分别高出5倍和9倍以上。这表明突变的sbe2b和RNAisbe1影响了其他与淀粉生物合成途径相关的基因的表达。

图1. 淀粉生物合成途径下颖果的基因表达水平。(A)开花后5 d的基因表达;(B)开花后10天的基因表达

2. 直链淀粉和RS含量随突变基因数量的增加而显著增加

由于直链淀粉含量受包括农艺性状在内的多种因素的影响，作者连续记录了3年的农艺性状。结果表明，野生型结实率最高，其次是单突变体和三突变体。双突变体对结实率和千粒重的影响显著，导致产量显著下降(图2A-D)。而三突变体对千粒重和结实率的恢复与单突变体相当。这表明OE-Wx^a对产量的恢复有一定的作用。同时，连续3年分析直链淀粉和RS含量。三突变体三年内直链淀粉含量最高，其次是双突变体和单突变体，野生型含量最低(图2E、F)。这表明直链淀粉和RS含量随着突变基因数量的增加而显著增加。

图2. 野生型和3个突变体的表型、种子清净率、千粒重、直链淀粉和抗性淀粉含量

3. 随着突变基因数量的增加，RVA特性逐渐降低

RVA光谱分析表明，除峰值温度(PT)外，其余指标均呈下降趋势。例如，野生型的崩解粘度分别是单突变、双突变和三突变的4倍、7倍和41倍(图3)。这表明sbe1、sbe2b和Wx^a都对RVA特性有显著影响，随着突变基因数量的增加，其影响逐渐减弱。

图3. 野生和三个突变体样品的粘度结果

4. 基因SBEIIb和Wx^a对溶胀力的影响

胶稠度最高的是三突变体，其次是野生型、双突变体和单突变体 (表1)。水溶性最高的是双突变体，其次是单突变体。然而，与凝胶稠度和水溶性相比，膨胀力表现出不同的模式。以野生型最高，其次为双突变、单突变和三突变。说明SBEIIb和Wx^a基因显著影响溶胀力。

表1. 野生型和三个突变体的GC、水溶性和溶胀力

5. 基因突变对淀粉形态的改变

随着突变基因数量的增加，透明度逐渐降低。三突变体透明度最低，而野生型透明度较高(图4A-D)。其次从横截面角度来说，野生型的淀粉颗粒形态为结晶状且紧密间隔，而单、双、三突变体的淀粉颗粒更圆、更松散(图4f - 1)。进一步观察颗粒形态，证实晶体结构仅存在于野生型中，而所有三种突变体均表现出更圆和更松散的颗粒(图4J-M)。淀粉颗粒大小为单突变体>三突变体>野生型>双突变体。

此外，在野生型和双突变体之间，淀粉颗粒大小没有显著差异(图5)。这些发现表明基因SBE1、SBEIIb和Wx^a都在调节淀粉颗粒形态中发挥作用。

图4. 野生型和三个突变体的种子和胚乳形态

图5. 野生型、单突变体、双突变体和三突变体籽粒中提取淀粉的粒度

6. 基因突变对淀粉精细结构的改变

单突变体的数量、平均分子量(Mn)和平均分子量(Mz)均显著降低。这些值比野生型低两倍以上。同时，Mw/Mn和Mz/Mn在野生型中明显低于单、双和三突变体。（表2）

SBEIIb在水稻胚乳支链淀粉簇晶片分支的形成中起特殊作用，并影响支链淀粉链长分布。本研究发现，单突变体she2b显著减少了A链(DP≤12)和B1链(13≤DP≤24)，与野生型相比分别减少了19%和6%。

与野生型相野生型的17°峰值最高，其次是单突变体和三突变体。相比之下，单突变体的峰值最高(18°)，其次是双突变体和三突变体比，Sbe2b显著增加了B2、B3链及长链部分。

分支度在单突变体中最低(1.66%)，而野生型、双突变体和三突变体之间差异极小，这与结晶度相似(图6E)。这说明sbe2b对分支度的影响较大，而sbe1则有助于恢复由于sbe1突变而导致的分支度降低。

表2.野生型和三种突变体的分子量分布

图6. 野生型和三个突变体淀粉颗粒的淀粉链长和x射线衍射(XRD)图谱

小结

研究表明，三突变体的直链淀粉和RS含量最高，其次是双突变体和单突变体，而野生型的含量最低。此外，在三突变体中过表达Wx^a显著提高了结实率和千粒重。

这些结果表明，突变基因数量的增加可以进一步提高RS含量。这为通过对淀粉生物合成相关基因进行基因编辑来提高RS含量提供了有价值的见解。为尽快选育高RS含量和有利农艺性状的水稻品种提供了有价值的信息。

三黍生物拥有行业内领先专业多糖检测分析平台，助您快速获得优质多糖理化指标数据，推进研究进展。

如果您需要任何测定分析上的帮助，欢迎后台联系我们咨询技术细节！