论文部分内容阅读
在谷类作物中淀粉含量占种子干重的60%-90%,对作物产量的形成具有重要意义。淀粉由直链淀粉和支链淀粉组成,其比例影响稻米的品质及其商品价值。迄今已报道很多淀粉合成酶基因和其他调控因子,但对淀粉合成的分子机制仍然不完全清楚,因此,鉴定、解析新的参与淀粉合成的基因具有重要的科学意义。在本研究中,我们从日本晴组培过程中产生的突变体中筛选到了一个垩白突变体osbt1并开展了深入研究,结果如下:1.突变体brittle1(osbt1)稻米外观和理化品质发生了改变。稻米呈现出心白的表型;胚乳细胞中间部分淀粉颗粒变圆,排列疏松;总淀粉含量和直链淀粉含量分别降低了2.17%和2.45%,支链淀粉中短链增加,中长链减少;突变体淀粉的粘度值降低到野生型的68%;糊化温度降低了3℃;在3-4M的尿素溶液中淀粉的膨胀体积与野生型差异最明显。这些结果说明OsBT1基因对胚乳细胞中淀粉的合成很重要。2.突变体osbt1的胚乳细胞中复合淀粉颗粒的发育不正常。突变体胚乳细胞中存在大量散乱分布的单个淀粉颗粒和体积较小的淀粉颗粒;造粉体的膜结构在胚乳发育前期就开始降解,不能形成正常的复合淀粉颗粒。该结果说明OsBT1基因对水稻胚乳细胞中复合淀粉颗粒的正常形成具有非常重要的作用。3.将osbt1突变体与籼稻品种南京11配制杂交组合,利用F2群体将突变基因定位到水稻第2染色体短臂标记Ind3和Ind10之间共39.5kb的区间内,网站预测发现该区间内有7个ORF,测序发现只有第二个ORF(Os02g0202400)的第二外显子处有18个碱基的重复插入。功能互补实验证明了Os02g0202400就是造成突变体表型的基因,将其命名为OsBT1。该基因编码含有425个氨基酸的跨膜蛋白,其N端有一个质体定位信号肽,在水稻中有3个拷贝。4.OsBT1只在种子中特异表达,且在灌浆中后期表达水平最高,在根、茎、叶、叶鞘和幼穗中都不表达。GUS组织染色结果和定量结果一致。5.亚细胞定位将OsBT1编码的蛋白定位在质体上。6.在osbt1突变体中,大部分淀粉合成相关基因的表达水平上调。淀粉合成酶SSI和质体磷酸化酶(Pho1和Pho2)的活性增加,而淀粉合成酶SSIIIa以及淀粉去分支酶ISA和PUL的活性和野生型相比没有显著差异。这说明OsBT1基因的突变不仅影响淀粉合成相关基因的表达,还影响了部分淀粉合成酶的活性。