颗粒结合型淀粉合成酶研究进展

本文综述了小麦胚乳中合成直链淀粉的关键酶——颗粒结合型淀粉合成酶(GBSS)的研究进展,展望了GBSS的研究前景。小麦中的GBSS基因在种子中特异表达;控制3个Waxy位点的基因Wx-A_1、Wx-B_1和Wx-D_1,分别位于7AS、4AL和7DS上;六倍体小麦和二倍体小麦中3个GBSS的DNA序列从起始密码子到终止密码子,Wx-A_1为2781bp,Wx-B_1为2794bp,Wx-D_1为2862bp。基因的完全编码区含有11个外显子和10个内含子,在核苷酸序列上三个糯基因彼此之间有惊人的同源性;研究表明,直链淀粉含量和淀粉糊化特性受Wx-B_1的影响最大,其次是Wx-_D1缺失蛋白,Wx-A_1缺失蛋白的影响最小。GBSS的鉴定技术包括I_2-KI染色、电泳和分子标记技术鉴定。

不同颗粒结合型淀粉合成酶Ⅰ亚基组合对小麦淀粉含量及面条品质的影响分析

控制颗粒结合型淀粉合成酶Ⅰ(Wx蛋白)形成的基因是直链淀粉合成的关键基因,该基因的表达影响直链淀粉含量,进而影响最终加工品质。以含有不同Wx蛋白亚基组合类型的重组自交系(RIL)群体为材料,研究不同组合类型对直支链淀粉含量及面条品质质构的影响。结果表明,群体中共含有8种组合类型,不同Wx蛋白亚基位点缺失对小麦直、支链淀粉含量影响的程度不同。双缺失类型之间直支链淀粉含量都没有显著差异;突变型和其他组合相比达显著差异。W_(x)蛋白亚基的缺失主要影响干面条断裂强度。在双缺失类型下,组合中存在W_(x)-B1缺失位点时对面条干面条断裂强度影响较大,不易断裂。单缺失类型下,影响煮熟面条拉伸参数严重程度为W_(x)-A1≥W_(x)-B1>W_(x)-D1;双缺失类型下,W_(x)-B1和Wx-D1同时缺失时为最优;全缺失时,主要影响煮熟面条的拉伸距离,其次是曲线面积和拉伸力。研究结果为优质专用小麦新品种的培育提供参考。

颗粒结合型淀粉合成酶过量表达显著提高黄芪毛状根中黄芪甲苷含量(英文)

黄芪甲苷(Astragaloside IV,ASI)是药材黄芪中的活性成分之一。由于目前对于黄芪皂苷代谢途径知之甚少,使得通过直接转入皂苷母核合成相关基因从而提高黄芪毛状根中黄芪甲苷含量的方法不能施行。考虑到皂苷中的糖基侧链,增加活性葡萄糖代谢流入也许可以增加黄芪甲苷的最终转化效率。为了验证这个假说,该文将ADP-葡萄糖代谢相关基因颗粒结合型淀粉合成酶(Granule-bound starch synthase,GBSS)转入黄芪毛状根中,分子鉴定表明其基因已经整合进黄芪毛状根基因组,并且在mRNA水平增加了表达;GBSS酶活性分析表明,转基因株系平均酶活增加了约21.8倍;PAS染色结果表明,转基因株系中的多糖成分显著增加;与此同时,ASI含量亦提高了4倍。研究结果表明,通过转入活性糖代谢相关基因方法提高皂苷产量的方法切实可行。

马铃薯块茎颗粒结合型淀粉合酶基因的克隆及其RNAi载体的构建

GBSSI是马铃薯块茎中控制直链淀粉合成的关键酶,为培育高支链淀粉含量或纯支链淀粉含量的转基因马铃薯材料,根据GenBank登录号X58453的序列设计特异引物,采用RT-PCR技术获得马铃薯块茎GBSSI相似基因,并利用生物信息学相关软件分析,预测GBSSI相似基因cDNA序列编码的蛋白质结构和功能。结果表明,克隆的GBSSI相似基因与报道的GBSSI基因序列相似性达到99.78%,其开放阅读框长1824bp,编码607个氨基酸,具有许多重要功能位点。三级结构预测结果表明,该蛋白具有淀粉合成功能,基因序列已注册到GenBank,序列登录号为EU403426。以此基因CDS内542bp的靶标序列作为干扰区段,扩增GBSSI的正反向基因片段,并引入237bp的内含子序列,构建由Patatin启动子驱动的具有"正义基因片段gbssA-内含子VP1-ABI3-like protein-反义基因片段gbssB"的植物干扰表达载体pBI121g-PgABI。本研究结果将为淀粉合成的进一步研究和高支链淀粉含量或纯支链淀粉含量的马铃薯品种的培育奠定基础。

氮钾对杂交水稻B优827籽粒淀粉含量及淀粉合成酶活性的影响

以优质杂交籼稻B优827为材料,通过施用不同水平的氮、钾肥,并在B优827灌浆时段测定籽粒的直链淀粉、总淀粉含量以及淀粉合成酶的活性,分析氮、钾对水稻灌浆过程中籽粒淀粉积累、淀粉合成关键酶活性的影响,以及直链淀粉的积累与淀粉合成关键酶活性间的相关性。B优827的直链淀粉含量在开花后20d内呈线性增加,开花20d后有所下降;可溶性淀粉合成酶活性变化呈单峰曲线,开花后12d酶活性达到了最高值,以后随天数增加而迅速降低;淀粉粒结合型淀粉合成酶活性变化呈单峰曲线,开花后15d酶活性达到最高值,开花后15d籽粒直链淀粉含量也接近最高值;灌浆中后期可溶性淀粉合成酶(SSS)、淀粉粒结合型淀粉合成酶(GBSS)与直链淀粉含量呈现出显著的正相关关系。增施氮肥可以提高SSS和GBSS活性,施钾肥在生育前期提高SSS和GBSS活性,后期抑制两者的活性;氮肥和钾肥均有促进淀粉积累的作用,但氮肥施用量过高时会抑制淀粉的积累。适当控施氮肥、增施钾肥是提高B优827籽粒产量的有效途径。

中国春小麦GBSS与淀粉颗粒结合特性的研究

以小麦品种中国春（Triticum aestivum）为材料，分析了颗粒结合淀粉合成酶（GBSS）与淀粉颗粒结合的影响因素及作用力。通过SDS-PAGE及测定GBSS溶液浓度，证实小麦GBSS与淀粉粒结合的紧密程度受温度影响，在50-80℃范围内，GBSS从淀粉颗粒上的解离量随温度的升高逐渐升高；而在85-95℃之间，解离量随温度的升高而降低；沸水浴处理15min的GBSS解离量较大，但超过35min时GBSS的量反而有所减少。Mg^2＋浓度也影响GBSS的解离，低于1．75mmol L^-1时，随Mg^2＋浓度降低解离量逐渐升高；高于2．5mmol L^-1时，随Mg^2＋浓度的升高解离量逐渐降低。表明GBSS与淀粉粒的结合力是非共价键。

淀粉颗粒结合蛋白质研究进展

本文综述了淀粉颗粒结合蛋白质的分布、分离方法及对淀粉性质的影响,并简要介绍了几种较为典型的淀粉颗粒结合蛋白质。

芭蕉芋块茎颗粒结合淀粉合成酶Ⅰ基因的克隆与序列分析

颗粒结合型淀粉合成酶(granule-bound starch synthase, GBSS)是一种能够决定直链淀粉生物合成的关键性酶。根据已发表的多种淀粉粒结合淀粉合成酶(GBSS)基因序列的对比分析,设计一对简并引物,采用同源克隆法和5’/3’RACE (Rapid amplification of c DNA ends)的方法,获得芭蕉芋GBSS全长的cDNA,从芭蕉芋中获得GBSSⅠ基因的cDNA全长片段,并对其核酸序列及其推导的氨基酸序列进行了生物信息学分析,结果表明:芭蕉芋块茎GBSSⅠ基因ORF全长1 851 bp,编码616个氨基酸且蛋白质为一个稳定的蛋白;生物进化分析结果显示芭蕉芋与同姜目下巴西蕉、天宝蕉和马六甲小果野蕉亚种亲缘关系最为接近,芭蕉芋GBSSⅠ的克隆在分子生物学基础上对芭蕉芋块根直链淀粉生物合成及表达途径与调控的研究奠定重要的理论基础。

应用ihpRNA干扰技术创制高支链淀粉马铃薯材料

【目的】创造块茎高支链淀粉或纯支链淀粉含量的转基因马铃薯材料。【方法】以构建的由Patatin启动子驱动的pBI121g-PgABI为干扰表达载体,采用农杆菌介导法转化马铃薯优良品种甘农薯2号。用PCR、Southern blotting、半定量RT-PCR和实时荧光定量PCR技术检测转基因植株,并对转基因植株的微型薯进行淀粉含量的测定。【结果】通过农杆菌介导法获得10个转基因株系。PCR和Southern杂交结果证明,目的基因已被整合到基因组中,通过半定量RT-PCR分析表明,转基因株系中GBSSI的表达均受到明显抑制,且在6个转基因株系中检测不到mRNA的表达。进一步通过real-time PCR分析表明,转基因株系中GBSSI的mRNA沉默效率为66.27%—93.53%;转基因株系微型薯的淀粉含量也发生明显变化,其支链淀粉含量高达90.16%—98.84%,比对照高出10.31%—20.92%。转基因株系GBSSI的mRNA沉默效率与支链淀粉含量呈显著正相关(r=0.937,P<0.01)。【结论】采用ihpRNAi技术可有效抑制马铃薯块茎中内源GBSSI表达,获得高支链或纯支链淀粉含量的马铃薯材料。

农杆菌介导法将大麦胚乳特异型启动子启动的小麦GBSSⅠ基因转化玉米自交系

本研究将从大麦中克隆到的大麦胚乳特异型启动子HorD和小麦中克隆到的小麦颗粒结合型淀粉合成酶基因GBSSⅠ(Granule-bound starch synthaseⅠ,GBSSⅠ)通过中间载体pGM-T-HorD和pGM-T-GBSSⅠ,定向连接到表达载体pCAMBIA3301上,构建了植物表达载体pHorD-GBSSⅠ并转入农杆菌EHA105,通过农杆菌介导法转化玉米自交系Y423体细胞胚胎,获得抗性愈伤组织,并得到了再生植株,经PCR分子检测,共有35株呈阳性,阳性率为15%。我们认为本研究可能为进一步改良玉米淀粉品质提供一条分子育种的途径。

药用野生稻叶中淀粉合成酶基因家族的序列分化和特异表达

淀粉不仅是植物自身和后代生长繁殖的重要营养与能量储备,而且是人类膳食中碳水化合物的主要来源。植物中淀粉合成主要发生在两个阶段,一是在形成临时淀粉的光合作用阶段,另一个则是在成为贮藏淀粉的营养积累阶段。相对于最后的淀粉贮藏阶段,临时淀粉的形成阶段在植物整个碳水化合物代谢过程中扮演着更为重要的角色,然而却一直少有关注。为深入研究初始淀粉合成过程中相关酶在植物中的进化模式,选取了药用野生稻(Oryza officinalis)为研究对象,通过对其全叶转录组的重测序,定性、定量地调查了淀粉合成酶基因家族在稻属野生物种光合器官中的基因类型和表达变化。共有8个淀粉合成酶基因的完整编码序列在药用野生稻的叶中首次被识别。系统发育分析表明,这8个基因分别隶属SSI、SSII、SSIII、SSIV、SSV和GBSSII基因家族。序列比较和相对表达定量分析显示,药用野生稻与栽培稻的淀粉合成酶基因家族的进化模式具有高度的一致性,两个物种的同源基因在m RNA水平的序列相似度达到95%–98%。基于非同义置换和同义置换比率的统计检验表明,8个基因在两个物种间均经历了严格的纯化选择。另外,3个在栽培稻胚乳中特异表达的基因在药用野生稻的叶转录组中未筛查出来,而4个在栽培稻叶中优势表达的基因在药用野生稻叶中同样呈现相对较高水平的表达。

马铃薯块茎GBSS Ⅰ基因的cDNA克隆及其序列特征分析

以马铃薯普通栽培种"甘农薯2号"块茎为材料,利用RNA提取试剂盒提取总RNA,通过RT-PCR技术和DNA序列测定分析,证实获得了马铃薯颗粒结合淀粉合成酶(GBSS I)基因的cDNA序列。该cDNA全长1824bp,包括607个氨基酸和1个终止密码子序列,且与原序列(accession number X58453)同源性为99.78%,但与其他科植物GBSS基因的同源性较低,注册该基因到GenBank中,注册号为EU403426。利用生物信息学相关软件分析预测GBSS I基因cDNA序列编码的蛋白质功能和结构,结果发现,该蛋白与其他15种植物GBSS蛋白一样,具有3个完全保守区域,并具许多重要功能位点,且与农杆菌淀粉合成酶具有相似三级结构模型,表明该蛋白具淀粉合成功能。

利用基因编辑技术创制福香占糯稻新种质

福香占是新育成的优质、抗稻瘟病、长粒籼稻品种,具有较好的推广潜力。本研究旨在利用基因编辑技术快速创制福香占糯稻材料。通过筛选和优化靶点序列,成功地利用CRISPR/Cas9技术敲除水稻颗粒结合型淀粉合酶基因(Waxy,Wx),获得了Wx基因的缺失突变体。通过后代农艺性状和米质鉴定,结果表明敲除材料的淀粉含量从16.3%下降至1.67%~1.81%,达到了糯稻水平。此外,敲除植株在株叶态、产量和抗性方面并没有显著变化。此项研究为福香占的应用推广提供了新的途径,并丰富了抗瘟糯稻的种质资源。

不同直链淀粉含量水稻籽粒淀粉积累及其相关酶的活性变化研究

以4个不同直链淀粉（AC）含量水稻品种为研究材料,研究籽粒淀粉积累规律及其相关酶的活性变化,并分析了两者之间的相关性.结果表明直链淀粉积累速率、支链淀粉积累速率、颗粒结合型淀粉合成酶（GBSS）和可溶性淀粉合成酶（SSS）活性均呈单峰曲线变化.所有水稻品种直链淀粉含量在花后5～15 d增幅最大;支链淀粉含量在花后5～20 d有一个极显著增加的过程,B6优4761增幅最大.Logistic方程拟合淀粉积累过程发现,直链淀粉积累量的高低主要取决于最大积累速率的高低,而最大积累速率出现的早晚和活跃积累天数的长短决定了支链淀粉积累量的高低.高AC含量品种菲优188直链淀粉积累量、积累速率及GBSS活性最大值显著大于其它水稻品种;糯稻品种成糯88在花后15 d的支链淀粉积累量和积累速率最大,但其籽粒SSS活性较低.灌浆后期,高AC含量品种菲优188的籽粒千粒重明显大于其余水稻品种.相关分析表明,所有水稻品种籽粒淀粉积累速率均与GBSS、SSS活性呈正相关,说明籽粒淀粉积累量的高低还受到GBSS和SSS活性的影响.

药用野生稻GBSS基因的系统发育及组织特异性表达

淀粉作为主要的碳水化合物在储藏能量方面发挥至关重要的作用。颗粒结合型淀粉合酶(GBSS)与直链淀粉的合成息息相关。尽管该酶的编码基因已在许多栽培植物中被分离和确定,但有关它们在作物野生近缘种中的序列分歧和表达的研究却相对较少。该研究以药用野生稻(Oryza officinalis)为研究对象,定性和定量地分析了GBSS编码基因的序列特点、与其它植物同源基因的进化关系以及在叶和种子中的表达情况。系统发育分析表明,该酶在禾本科植物中分别由GBSSI和GBSSII基因编码。在药用野生稻中,这2种基因所编码蛋白的氨基酸序列一致性为62%,并且它们在不同器官内呈现时空分化表达,其中GBSSI在种子中超强表达, GBSSII则主要在叶片表达。