作物淀粉生物合成与转基因修饰研究进展

淀粉是高等植物中碳水化合物的主要贮藏形式 ,也是粮食作物产品的最主要成分。淀粉虽然都由直链淀粉和枝链淀粉组成 ,但在不同作物中两者的比例和枝链淀粉结构的存在很大差异。现已明确 ,直链淀粉是在颗粒结合淀粉合成酶 (granule boundstarchsynthase,GBSS)催化下合成的 ,而枝链淀粉是四种酶共同作用的结果 ,它们分别是腺嘌呤 -葡萄糖焦磷酸化酶 (ADP glucosepyrophosphorylase ,AGP) ,可溶性淀粉合成酶 (solublestarchsynthase ,SSS) ,淀粉分枝酶 (starchbranchingenzyme ,SBE)和脱分枝酶 (starchdebranchingenzyme ,DBE)。一方面 ,在不同作物中 ,这些酶本身存在多种形式 ,如在玉米胚乳中 ,AGP有大亚基和小亚基之分 ,SBE又可分BE1,BEIIa ,BEIIb 3种 ,SSS也可分为SSI和SSIII(或SSIIa)两种 ,而DBE也有异淀粉酶 (isoamylase)和限制性糊精酶 (pullu lanase)两种。另一方面 ,控制特定酶的基因 ,在不同作物甚至在同一种作物的不同品种中也可能存在不同的复等位基因 ,如籼稻和粳稻的GBSS分别由蜡质基因Wxa 和Wxb 控制 ,两者编码的GBSS活性差异显著。此外 ,环境条件也可通过影响基因的转录使酶的含量或催化性能发生变化。迄今 ,国内外已获得多种马铃薯和水稻的转基因材料 ,对淀粉合成进行修饰 。

淀粉生物合成及其基因调控研究进展

淀粉是人们生活中不可或缺的重要物质,根据其分子结构不同通常可分为直链淀粉和支链淀粉,其分子结构决定了淀粉品质及用途。随着分子生物学技术的发展,与淀粉合成及结构相关的功能基因被克隆和应用。利用转基因和基因编辑技术对淀粉生物合成关键酶基因进行调控,在提高淀粉品质和产量方面表现出巨大的发展潜力。文章全面综述了主要农作物淀粉生物合成相关酶基因及通过基因操作改良淀粉品质和提高产量方面的最新研究进展,并对其研究方向进行了展望。