利用分子标记辅助选择培育优良食味、低谷蛋白香粳稻新品系

【目的】选育低谷蛋白新品种是功能性水稻育种的一个重要方向。为满足肾脏病患者对人体健康和稻米品质的需求,迫切需要在育种中加强对功能性和食味品质的协同改良。【方法】以具有低直链淀粉含量基因Wxmp和香味基因fgr的优良食味粳稻品种南粳46与含低谷蛋白基因Lgc1的日本粳稻品种LGC-1杂交、回交,利用与目标基因共分离的分子标记进行跟踪检测并结合田间选择,在BC2F6获得5个新品系。以亲本南粳46和LGC-1为对照,对新品系的农艺、产量、品质性状进行分析。【结果】与LGC-1相比,新品系的谷蛋白含量和可吸收蛋白含量相当,食味品质得到显著提升,且综合性状优良,表现出较高的产量潜力,适宜在江苏不同稻区进行种植。【结论】分子标记辅助选择作为一种快速、准确、有效的方法,与常规育种技术紧密结合,能够显著提高优质、高产、低谷蛋白水稻品种的选育效率。

低谷蛋白半糯型粳稻营养品质与蒸煮食味品质特征分析

【目的】旨在明确低谷蛋白半糯型粳稻品种(系)与半糯型粳稻和普通粳稻营养和蒸煮食味品质性状的差异及各指标间的关系,为健康优质粳稻的选育提供科学依据。【方法】以低谷蛋白半糯型粳稻品系为材料,半糯型粳稻和普通粳稻品种为对照,在相同环境和栽培条件下种植3种不同类型的粳稻品种共16个,测定并分析稻米总蛋白质及各组分含量的差异,同时分析直链淀粉含量、糊化温度、胶稠度等淀粉理化特征的差异,并进一步分析稻米营养与蒸煮食味品质的相关性。【结果】低谷蛋白半糯型粳稻的谷蛋白含量显著低于半糯型粳稻与普通粳稻,醇溶蛋白和清蛋白含量显著高于半糯型粳稻和普通粳稻。低谷蛋白半糯型粳稻的崩解值显著低于半糯型粳稻和普通粳稻,半糯型粳稻的胶稠度与峰值黏度显著高于普通粳稻与低谷蛋白粳稻;低谷蛋白半糯型粳稻的外观、黏度、平衡度、食味值和普通粳稻无显著差异,但显著低于半糯型粳稻。相关性分析结果显示,总蛋白和醇溶蛋白含量与峰值黏度、崩解值、外观、黏度、平衡度、食味值显著负相关,与消减值、硬度显著正相关;而谷蛋白含量的规律则刚好与之相反。【结论】3种不同类型粳稻品种在谷蛋白含量、直链淀粉含量和崩解值上存在差异显著,其中低谷蛋白半糯型粳稻品种具有较低的谷蛋白含量,较高的醇溶蛋白;半糯型粳稻品种具有较低的蛋白质含量、直链淀粉含量、消减值和回复值,较高的胶稠度和崩解值。4个蛋白组分中,醇溶蛋白对米饭食味品质的负影响最大,与米饭的外观、黏度和平衡度极显著负相关。

低谷蛋白半糯型粳稻品种(品系)的氨基酸组分含量及淀粉理化性质

氨基酸含量是评价稻米营养品质的重要指标之一,提高稻米中的氨基酸含量,尤其是提高赖氨酸等必需氨基酸含量是提高稻米品质的重要目标。低谷蛋白半糯型粳稻品种是一种具有低直链淀粉含量、低谷蛋白含量特性的新型粳稻品种,适合肾病患者食用。为了明确低谷蛋白半糯型粳稻品种(品系)的氨基酸组分含量与淀粉理化特性,以低谷蛋白半糯型粳稻品种(品系)为材料,半糯型粳稻、普通粳稻品种为对照,在相同生态环境和栽培条件下种植3种不同类型的粳稻品种(品系)共16个,测定并分析稻米总氨基酸含量及各氨基酸组分含量,同时分析直链淀粉含量、糊化温度、胶稠度等淀粉理化特征,并进一步分析氨基酸组分含量与淀粉理化指标的相关性。结果表明,3种类型粳稻品种(品系)间的总氨基酸、赖氨酸、苏氨酸及谷氨酸含量存在显著差异,低谷蛋白半糯型粳稻的总氨基酸、赖氨酸的平均含量显著低于半糯型粳稻、普通粳稻,半糯型粳稻谷氨酸的平均含量显著高于低谷蛋白半糯型粳稻、普通粳稻。低谷蛋白半糯型粳稻的崩解值显著低于半糯型粳稻、普通粳稻,半糯型粳稻的胶稠度与峰值黏度显著高于普通粳稻、低谷蛋白半糯型粳稻;赖氨酸、苏氨酸含量与峰值黏度、食味值呈显著或极显著负相关,与硬度呈显著或极显著正相关。3种不同类型粳稻品种(品系)在赖氨酸含量、直链淀粉含量和崩解值上存在显著差异,其中低谷蛋白半糯型粳稻品种(品系)的赖氨酸含量最低,半糯型粳稻品种具有较低的直链淀粉含量、消减值和回复值,同时具有较高的谷氨酸含量、胶稠度和崩解值。17种氨基酸中,赖氨酸含量对米饭食味品质的影响最大,与米饭的外观、黏度和食味值呈极显著负相关。

两个低谷蛋白基因插入缺失标记的设计与验证

低谷蛋白稻米是肾脏病人极有效的食疗辅助品,培育低谷蛋白功能性水稻品种具有重大意义。低谷蛋白基因Lgc1作为培育低谷蛋白功能性水稻品种的优质资源,受到了育种家的青睐。为提高低谷蛋白基因Lgc1分子标记辅助选择的准确性,我们根据其突变体在两个谷蛋白基因GluB4和GluB5间的碱基缺失,设计出了Lgc1基因的插入缺失标记InDel-Lgc1-A和InDel-Lgc1-B。利用InDel标记对W3660(Lgc1低谷蛋白品种)/南粳46(谷蛋白正常品种)的F2分离群体和13份水稻品种进行检测验证。依据其PCR扩增产物的电泳带型,可准确地区分出低谷蛋白纯合基因、谷蛋白正常纯合基因和杂合基因型3种带型,且3种带型与其植株或品种相应的蛋白性状表现完全一致,表明这两对InDel标记可用于Lgc1低谷蛋白基因资源的鉴定以及分子辅助育种。

水稻低谷蛋白创新种质的选育和鉴定

谷蛋白是水稻种子中含量最高的贮藏蛋白,占种子总蛋白的70%以上,是稻米蛋白中可供人体吸收的主要成分。低谷蛋白稻米可以满足肾脏病人和并发肾脏机能损害的糖尿病患者在蛋白代谢方面的特殊需求,因此培育适合肾脏病人食用的低谷蛋白品种已成为水稻遗传改良的重要目标。本研究通过引进日本低谷蛋白品种LGC-1,于2009年配置其与江苏高产优质粳稻武育粳3号的杂交组合,经过6代自交和农艺性状筛选结合分子标记辅助选择,于2013年选育出3个低谷蛋白新品系。经分子标记检测、种子总蛋白SDS-PAGE分析和谷蛋白含量测定表明,这3个品系谷蛋白含量均降至LGC-1水平,显著低于普通推广品种,且农艺性状表现优异,为水稻低谷蛋白新品种选育提供了优良的新种质。

施氮量对低谷蛋白水稻产量及品质的影响

[目的]探明施氮量对低谷蛋白水稻Oryza sativa产量及品质的影响。[方法]在大田栽培条件下,设置5个施氮处理,N0、N1、N2、N3和N4处理的施氮量分别为0、90、135、180和225 kg hm^-2,研究不同氮肥水平对低谷蛋白水稻‘ER22’产量、籽粒蛋白质组分含量和比例、以及稻米品质的影响。[结果]在施氮量为0~180 kg·hm^-2的范围内,有效穗数、结实率、实粒数和水稻产量随着施氮量的增加而逐渐增加;但在N4处理下,结实率与实粒数均下降,导致产量降低。花后7~35 d,‘ER22’籽粒总蛋白含量及各组分蛋白含量均随着施氮量的增加而增加,但各组分蛋白的比例不变;花后35 d籽粒清蛋白和球蛋白含量在N2、N3和N4处理间差异均不显著,而醇溶蛋白含量则在N2、N3和N4处理间差异均显著,谷蛋白含量在N3和N4处理间无显著差异。‘ER22’稻米的食味品质在N1和N2处理下表现良好,N3处理的稻米加工品质最好,N4处理的稻米综合品质降低。[结论]实现低谷蛋白水稻‘ER22’高产优质的适宜施氮范围在135~180kg·hm^-2之间。

水稻品种LGC-1的低谷蛋白性状连锁标记的开发与应用

日本低谷蛋白品种LGC-1的低谷蛋白形成机理是由于反向重复的两个谷蛋白功能基因GluB4和GluB5中间缺失4.5kb大片段,形成天然的RNA干涉,对其它谷蛋白基因进行沉默而导致。根据缺失位置的两端序列设计PCR引物,运用该引物对LGC-1、武育粳3号及LGC-1/武育粳3号的杂交F1及F2代的DNA进行了PCR扩增。同时,运用SDS-PAGE对形成LGC-1、武育粳3号及LGC-1/武育粳3号的杂交F1及F2代植株的种子中谷蛋白含量进行了分析。结果表明:PCR标记能够扩增出391bp的植株的种子胚乳低谷蛋白含量低,而不能扩增出产物的水稻植株的谷蛋白含量正常。因此,该标记可以用于低谷蛋白品种LGC-1杂交后代的分子标记辅助选择育种。

利用分子标记辅助选育低谷蛋白水稻株系

通过常规系谱育种法将亲本材料04DP携有的水稻低谷蛋白基因Lgc1导入到本地粳稻材料中,获得52个F6高世代水稻株系。根据低谷蛋白基因Lgc1的碱基缺失突变,设计出Lgc1基因的分子标记。利用分子标记对52个株系的320个单株进行PCR分子标记检测,同时利用考马斯亮蓝G-250法对52个株系的谷蛋白含量进行了测定。结果显示：有37个株系为低谷蛋白基因纯合株系,谷蛋白含量为2.45%～3.31%;9个为普通谷蛋白基因纯合株系,谷蛋白含量为3.55%～4.76%,分子标记检测结果与谷蛋白含量基本一致,表明该方法可以应用于含有Lgc1基因杂交后代的低谷蛋白水稻品种的选育。

施氮量对低谷蛋白水稻籽粒品质及蛋白质组分的影响

为探明施氮量对低谷蛋白水稻功能成分的影响,以低谷蛋白水稻D105为材料,在大田栽培条件下,设置0、90、135、180、225 kg·hm^(-2)5个施氮处理(N0-N4),研究不同氮肥水平对籽粒蛋白质组分含量动态变化及加工品质的影响,并分析了各组分蛋白比例变化。结果表明,灌浆结实期D105籽粒总蛋白含量及各组分蛋白含量随着施氮量的增加而增加,成熟期(花后35 d)籽粒清蛋白和醇溶蛋白在各施肥处理下差异均不显著,而球蛋白和谷蛋白则表现出不同的差异性,说明不同的施氮量对清蛋白和醇溶蛋白的影响较小,对球蛋白和谷蛋白的影响较大,但不改变各组分蛋白的比例;在N2(135 kg·hm^(-2))-N3(180 kg·hm^(-2))处理下,稻米的加工品质和食味品质表现良好,在N4(225 kg·hm^(-2))处理时,稻米综合品质降低。综上,实现低谷蛋白水稻D105优质的适宜施氮范围为N2-N3,建立谷蛋白相对于总蛋白的比例与施氮量的线性方程y=6E-05x2-0. 02x+39. 672 (R2=0. 999 1),计算得出最适宜施氮量为166. 67 kg·hm^(-2)。

水稻品种冷水糯的低谷蛋白性状连锁标记的开发与应用

我国肾脏病患者和糖尿病肾病患者呈不断增加的趋势,筛选和培育这一特殊人群可以食用的谷蛋白含量低的水稻品种具有重要意义。在前期研究中获得一个低谷蛋白隐性突变体冷水糯,该突变体籽粒的谷蛋白具有57kD前体聚增(57H)伴有成熟亚基减少。由于glup3基因与57H前体裂解相关,本研究对冷水糯的glup3测序、比对后,发现冷水糯的glup3基因的编码区第824个碱基由G突变为A,导致翻译产物第275个氨基酸由丝氨酸变为天冬酰胺。根据突变位点两侧的序列设计了CAPS标记DG-2,该标记能扩增出173bp的条带,运用TscAI酶对该片段进行酶切,来自于冷水糯的片段不能被该酶切开,来自于9311的片段可被切成105bp和68bp的两条片段,而来自于9311/冷水糯的杂交1代PCR产物经酶切后,出现双亲的带型。该标记对9311/冷水糯的高代品系(F7代)的100个家系进行鉴定,结合SDS-PAGE蛋白电泳结果,证实该标记可以准确地区分具有57H前体聚增的低谷蛋白水稻材料。同时,该标记可以区分glup3基因的杂合型,可以用于分子标记辅助选择育种。

低谷蛋白稻米组分蛋白提取工艺优化

为确定低谷蛋白稻米蛋白质组分的最优提取条件,以低谷蛋白水稻D105为材料,用连续提取法,在优化提取液浓度的基础上,采用响应面法(RSM)优化各组分蛋白的提取条件。结果表明,球蛋白提取最适提取氯化钠溶液浓度为0.6 mol/L、醇溶蛋白最适乙醇体积分数为80%、谷蛋白的最适提取氢氧化钠浓度为0.04 mol/L;基于单因素实验,选择料液比、提取时间、提取温度、提取次数为自变量,以各组分蛋白提取量为响应值,利用Box-Behnken(BB)中心组合设计4因素三水平实验,确定清蛋白最佳提取条件为:料液比1∶22、提取温度31.6℃、提取时间43 min、提取3次;球蛋白最佳提取条件为:料液比1∶20、提取温度33.1℃、提取时间22 min、提取3次;醇溶蛋白最佳提取条件为:料液比1∶21、提取温度34.6℃、提取时间40 min、提取2次;谷蛋白最佳提取条件为:料液比1∶16、提取温度34.7℃、提取时间22 min、提取3次。在此条件下稻米各组分蛋白的提取量分别为:清蛋白4.26 mg/g、球蛋白9.76 mg/g、醇溶蛋白2.27 mg/g、谷蛋白23.60 mg/g,与预测值的相对误差分别为0.0187、0.0563、0.0308、0.014,表明响应面法优化所得提取工艺条件较好,具有应用价值。

水稻低谷蛋白研究进展

人体主要吸收的水稻蛋白是谷蛋白,而水稻低谷蛋白是预防、治疗肾脏病和糖尿病的主要方法之一。文章叙述了水稻低谷蛋白对肾病和糖尿病患者的治疗作用、国内外研究现状及未来的研究方向。

低谷蛋白水稻N198的选育与高产栽培技术

N198是广东省农业科学院水稻研究所利用优质籼稻品种五山丝苗为母本,低谷蛋白粳稻品种W3660为父本杂交,经多代回交结合分子标记辅助选择选育出的一个低谷蛋白籼稻新品种。其丰产、稳产性好,米质优,抗稻瘟病,谷蛋白含量低于4%,可作为糖尿病肾病患者的主食或食疗辅助食品。本文简要介绍了N198的选育过程、特征特性以及高产栽培技术。

天然低谷蛋白水稻突变体的筛选

以初步筛选出的10份低谷蛋白含量水稻种质为材料,经SDS-PAGE测定发现:细老鼠牙的谷蛋白含量明显低于对照品种W3660,冷水糯、迟白谷的谷蛋白含量与对照相似。经考马斯亮蓝G-250法测定:迟白谷、细老鼠牙、冷水糯这3个品种与对照品种W3660,谷蛋白在总蛋白中的含量分别为42.33%、43.96%、37.71%、46.42%。低谷蛋白含量水稻种质可以为功能稻的培育和研究提供重要的物质基础。

低谷蛋白大米(W0868)对小鼠营养状况及肾功能的影响

目的研究低谷蛋白大米(W0868)饮食对小鼠营养状况及肾功能的影响。方法雄性6~8周龄C57/BL6雄性小鼠30只,采用随机数字表法分为常规饲料组、正常大米组和低谷蛋白大米组(n=30)。常规饲料组给予常规鼠粮,普通大米组给予普通大米与常规饲料1:1混合的普通米饲料,低谷蛋白大米组给予低谷蛋白大米与常规饲料1:1混合的低谷蛋白米饲料喂养。每只小鼠单独给予自由摄食,每日定时监测摄食量。分别于饮食干预后每间隔1周监测体质量,于第4、8、12周时留取24 h尿,于12周时留取血清和肾组织标本。采用评估营养状况的指标包括体质量、血清学指标(总蛋白、白蛋白、前白蛋白、球蛋白、钙、磷等),肾功能指标包括血肌酐、尿素氮,尿液检测指标包括尿肌酐、尿微量白蛋白/尿肌酐(ACR)、β-N-乙酰氨基葡糖糖苷(NAG),24 h尿蛋白总量。肾组织病理损伤程度采用PAS染色。结果同一时间点各组每只小鼠的平均摄食量和各组小鼠体质量在饮食干预期间未见明显差异。各组小鼠血清总蛋白、白蛋白、球蛋白、钙、磷等营养状况指标及肾功能指标于饮食干预12周后未见明显差异。低谷蛋白米组小鼠尿蛋白总量于12周时低于饲料组和普通大米组,尿ACR、NAG水平在4、8、12周时均低于饲料组和普通大米组。各组小鼠肾组织病理学改变未见明显差异。结论低谷蛋白大米(W0868)饮食可以明显降低小鼠尿蛋白水平而保护肾功能,并且对小鼠营养状况无影响。

低谷蛋白大米对Beagle犬血糖生成指数的影响

目的:评价健康成年Beagle犬摄食W0868低谷蛋白大米后的相对血糖生成指数,并对比研究和定量评价W0868低谷蛋白大米对餐后血糖及胰岛素水平的影响,为低谷蛋白大米的应用及后续实验提供理论参考。方法:通过全自动生化分析仪检测餐后血糖浓度;通过酶联免疫吸附检测试剂盒测定餐后血清胰岛素含量。结果表明,与对照食物(五常大米)相比,W0868低谷蛋白大米对Beagle犬造成血糖浓度升高的总累积量更低,尤其是餐后1 h之后。此外,按照血糖生成指数的定义,根据基线校正后的0~120 min血浆葡萄糖曲线下面积,计算得到W0868低谷蛋白大米和对照食物相比的相对血糖生成指数的几何平均值为59.33%,90%置信区间为42.56%~82.72%。因此可以认为,以相同标准单次定量喂食Beagle犬,W0868低谷蛋白大米升高Beagle犬血糖的速率和程度比对照食物低40.67%。由此可见,W0868低谷蛋白大米可以降低Beagle犬餐后血糖生成指数,平缓餐后血糖浓度波动。

低谷蛋白大米在仿生大肠反应器中对肠道菌群结构及代谢的影响

以淀粉、低谷蛋白大米和普通大米为碳源,通过在仿生大肠反应器中对健康人群的粪便微生物进行发酵,探究低谷蛋白大米对人体肠道菌群结构和代谢的影响。结果表明,低谷蛋白大米的有益代谢产物中,短链脂肪酸(short chain fatty acids,SCFAs)的浓度达到104.85 mmol/L,比淀粉组和普通大米组提高44.94%和25.33%,乳酸的浓度达到18.19 mmol/L,比淀粉组和普通大米组提高60.55%和25.28%;低谷蛋白大米的有害代谢产物中,支链脂肪酸(branched chain fatty acids,BCFAs)的浓度为0.29 mmol/L,比普通大米组降低79.31%,氨的浓度为2.60 mmol/L,比普通大米组降低16.15%。平板计数显示,肠道有益菌拟杆菌和双歧杆菌均有显著增长(P<0.05)。16S rDNA测序显示,肠道有益菌拟杆菌门和厚壁菌门的丰度提高,肠道有害菌变形菌门和梭杆菌门的丰度降低。研究结果表明,低谷蛋白大米对健康人群肠道菌群的结构和代谢均具有正向影响。

利用分子标记辅助选育低谷蛋白水稻新品种

谷蛋白是水稻种子中含量最高的贮藏蛋白,占种子总蛋白的70%以上,是稻米蛋白中可供人体吸收的主要成分。但蛋白质摄入过量会加重肾病和糖尿病患者的病情。低谷蛋白稻米可作为肾病患者的食疗辅助品,减少患者蛋白摄入量,有效缓解病情。本研究通过引进1份江苏省农业科学院粮食作物研究所低谷蛋白新种质2054(材料种植编号HNG1),于2013年配置其与优良食味米水稻品种圣稻735的杂交组合,经过4次回交,然后自交,并结合分子标记辅助选择,于2017年选育出1个低谷蛋白新品系17F2J3。经过分子标记检测和种子总蛋白SDS-PAGE分析表明,这个家系谷蛋白含量均降至LGC-1水平,显著低于圣稻735,且农艺性状表现优异,为黄淮稻区低谷蛋白水稻生产提供了优良种质材料。

低谷蛋白水稻的淀粉颗粒扫描电镜观察及RVA谱特征研究

【目的】探明稻米谷蛋白含量降低对淀粉颗粒结构及RVA(rapid viscosity analyzer)谱特征的影响。【方法】利用扫描电镜和快速黏度分析仪测定分析谷蛋白含量降低对稻米淀粉颗粒结构和淀粉RVA特征的影响。【结果】与背景亲本圣稻735相比,圣稻LG03的株高降低,穗粒数略微减少,总蛋白含量降低,其他农艺性状无显著差异。低谷蛋白含量新品系圣稻LG03的淀粉颗粒形态无显著变化,但大小均匀度降低;淀粉RVA分析表明,圣稻LG03的峰值黏度、热浆黏度、冷胶黏度、崩解值、糊化温度、到达峰值黏度时间均减少,而回复值和消减值增加。【结论】谷蛋白含量降低对稻米淀粉颗粒形态影响不大,但颗粒大小均匀度降低,导致其淀粉RVA特征值发生改变。

应用分子标记辅助选育低谷蛋白水稻新品种

低谷蛋白稻米可以满足肾脏病人在蛋白代谢方面的特殊需求,可作为肾脏病患者的食疗辅助品,能减少患者蛋白摄入量,有效缓解病情。因此培育适合肾脏病人食用的低谷蛋白品种已成为水稻育种的重要方向。本研究以含低谷蛋白基因Lgc1的材料L06为母本,以谷蛋白含量正常的保持系12095B为父本进行杂交,后代采用田间选择和分子标记辅助选择相结合,育成了具有优良综合农艺性状的低谷蛋白新品系TL0659,为贵州低谷蛋白水稻生产和种质创新提供了优良材料。