Wx基因与SSⅢ-2基因互作对稻米蒸煮食味品质的影响

为了探究蜡质基因(Wx)与可溶性淀粉合成酶Ⅲ-2基因(SSⅢ-2)等位变异对稻米品质的影响,以籼型高直链淀粉恢复系CG133R和糯性‘爪哇稻22’为亲本杂交,在其F3群体选择仅在Wx和SSⅢ-2基因位点存在多态性的单株为材料,分析各基因型材料的理化指标和粘度速测仪谱特征值。结果表明:(1)SSⅢ-2基因为I型时,Wx基因第一内含子多态性对表观直链淀粉含量有极显著影响。SSⅢ-2基因为Ⅱ型时,Wx基因第一内含子多态性对表观直链淀粉含量和成糊温度有极显著影响。(2)Wxa背景下,SSⅢ-2基因对稻米品质无显著影响;Wxb背景下,SSⅢ-2基因对糊化温度和粘度速测仪谱中最高粘度、崩解值、成糊温度有极显著影响。(3)Wx和SSⅢ-2基因共同作用极显著影响水稻表观直链淀粉含量、糊化温度、最高粘度、崩解值和成糊温度,说明Wx和SSⅢ-2基因之间存在互作,且Wx基因对SSⅢ-2基因具有显性上位性,Wx基因大量表达会遮盖SSⅢ-2基因对稻米品质的效应。     

回交重组自交系中SSⅢ-1、SBE3和PUL基因对稻米蒸煮食味品质的影响

该研究利用颗粒结合淀粉合成酶基因(Wxb)与可溶性淀粉合成酶Ⅱa基因(SSⅡ-3)均相同的籼型光温敏核不育系‘广占63S’和潜力恢复系CG173R为亲本,经过回交和多代自交,以构建的回交重组自交系(BILs)BC1F10代株系为供试材料,分析各株系的基因型组成及其蒸煮食味品质(ECQs)和RVA谱,以解析与品质相关微效基因的遗传效应。结果显示:(1)双亲在焦磷酸化酶大亚基基因(AGPlar)、分支酶基因Ⅲ(SBE3)、脱分支酶基因(PUL)、可溶性淀粉合成酶Ⅰ基因(SSⅠ)和可溶性淀粉合成酶SSⅢ-1基因(SSⅢ-1)的基因位点存在差异。(2)SSⅢ-1、SBE3和PUL基因分别在BC1F10代株系中存在单基因分离,SSⅢ-1和SBE3基因、SSⅢ-1和PUL基因在BC1F10代株系中均存在双基因的分离。(3)不同基因型及其互作与蒸煮食味品质(ECQs)中的表观直链淀粉含量(AAC)、胶稠度(GC)以及RVA谱的部分特征值存在显著或极显著的效应。(4)SSⅢ-1单基因只对AAC有极显著影响;SBE3基因和SSⅢ-1基因互作对AAC有极显著影响,对峰值时间(PeT)、成糊温度(PaT)、GC有显著性影响;PUL基因和SSⅢ-1基因互作对PeT、PaT和回复值(CSV)有极显著影响,对最高粘度(PKV)、热浆粘度(HPV)、崩解值(BDV)、冷浆粘度(CPV)、消减值(SBV)、AAC和GC有显著影响。研究表明,在Wxb和SSⅡ-3基因背景下,参与淀粉合成的微效基因SSⅢ-1与SBE3和SSⅢ-1的互作效应极显著影响水稻AAC,SBE3和SSⅢ-1的互作效应与PUL和SSⅢ-1的互作效应显著影响GC,PUL和SSⅢ-1的互作效应极显著影响PaT,这些发现将对改良稻米品质和加快水稻优质育种具有重要意义。     

不同高梁品系的淀粉糊化特征

利用差示扫描量热分析仪（DSC）和淀粉快速黏度分析仪（RVA）测定了14个高粱（Sorghumbicolor）品系的直链淀粉含量和淀粉糊化特性参数,并分析了各特征参数的变化规律及其相互关系。研究结果表明,高粱品系间直链淀粉含量存在较大差异,变幅为0．29％-29．45％;DSC分析所得糊化特性也表现出一定的差异,直链淀粉含量低的高粱品系的起始温度（To）、峰值温度（Tp）、终止温度（Tc）和热焓变化（△H）都较高：而直链淀粉含量高的高粱品系的To、Tp、Tc和△H都相对较低。不同品系的RVA谱差异主要表现在各个黏滞性特征值上,直链淀粉含量低的高粱品系的RVA谱具有较高的峰值黏度和最高的消减值：而直链淀粉含量高的高粱品系具有较低的峰值黏度。相关分析表明,直链淀粉含量和膨胀势与其它特征值间的相关性均达显著水平：峰值黏度（PV）与最终黏度（FV）、回冷恢复值、糊化时间和糊化温度间呈极显著负相关,与崩解值和消减值则呈极显著正相关。将直链淀粉含量的选择与RVA谱测定相结合,有助于提高选择的准确率,进而为高粱品质改良和育种提供理论依据。     

不同高粱品系的淀粉糊化特征

利用差示扫描量热分析仪(DSC)和淀粉快速黏度分析仪(RVA)测定了14个高粱(Sorghum bicolor)品系的直链淀粉含量和淀粉糊化特性参数, 并分析了各特征参数的变化规律及其相互关系。研究结果表明, 高粱品系间直链淀粉含量存在较大差异, 变幅为0.29%–29.45%; DSC分析所得糊化特性也表现出一定的差异, 直链淀粉含量低的高粱品系的起始温度(T_o)、峰值温度(T_p)、终止温度(T_c)和热焓变化(ΔH)都较高; 而直链淀粉含量高的高粱品系的T_o、T_p、T_c和ΔH都相对较低。不同品系的RVA谱差异主要表现在各个黏滞性特征值上, 直链淀粉含量低的高粱品系的RVA谱具有较高的峰值黏度和最高的消减值; 而直链淀粉含量高的高粱品系具有较低的峰值黏度。相关分析表明, 直链淀粉含量和膨胀势与其它特征值间的相关性均达显著水平; 峰值黏度(PV)与最终黏度(FV)、回冷恢复值、糊化时间和糊化温度间呈极显著负相关, 与崩解值和消减值则呈极显著正相关。将直链淀粉含量的选择与RVA谱测定相结合, 有助于提高选择的准确率,进而为高粱品质改良和育种提供理论依据。     

稻米淀粉品质性状的资源筛选和相关基因初步鉴定北大核心CSCD

淀粉是稻米品质形成的主要理化基础,也是水稻品质改良的重要育种目标。本研究旨在挖掘包含不同淀粉含量的特异种质和鉴定其相关的基因型,为完善水稻淀粉合成调控网络及水稻优质育种工作提供有用信息。以江苏南京水稻种质资源国家野外科学观测研究站收集的119份种质资源为材料,运用改进的免煮简易法测定供试材料的直链淀粉含量;以直链淀粉含量极高、低的材料,利用开发的dCAPS分子标记鉴定其Wx基因型。测定直链淀粉含量极高的15份材料的抗性淀粉含量,并选取3份高抗性淀粉材料,以日本晴为对照,进行SSⅢa与SBEⅡb两个基因的序列比对和基因型鉴定。结果表明,改进的免煮简易法准确性与现行国标法结果相当,但操作更加简便容易。供试材料的直链淀粉含量大部分处于9.0%~33.0%之间,抗性淀粉含量位于1.0%~4.5%之间。dCAPS分子标记鉴定表明高直链淀粉材料的Wx基因型一般为Wxa型。通过序列比对,发现相对于日本晴,SSⅢa基因在3个高抗性淀粉材料(立新粳、南特号、郴晚3号)有3处共同突变,其中第三外显子+2362位为错义突变;SBEⅡb在2个高抗性淀粉品种(立新粳与南特号)第四外显子+96位检测到共同的错义突变。这些错义突变可能是导致水稻抗性淀粉含量增加的原因,这为下一步精确定向编辑目标基因,创制淀粉品质性状优异新种质奠定了基础。     

灌溉方式对黄淮稻区优质粳米品质的影响

为探明不同水深处理对优质稻米的影响,研究了湿润、浅水、深水3种灌溉方式对优质粳稻(圣稻14、圣稻2572、圣稻18)籽粒外观、稻米直链淀粉、蛋白质含量及淀粉RVA谱的影响,分析了稻米品质与理化指标之间的关系.结果表明: 浅水灌溉下籽粒面积、周长、粒长、稻米蛋白质含量显著高于其他灌溉方式,垩白率和垩白度的表现相反;RVA谱的最高黏度和热浆黏度值以湿润灌溉最高,深水灌溉最低,最终黏度值以深水灌溉最低;不同品种RVA谱的崩解值、消减值、回复值及稻米直链淀粉含量对3种灌溉方式的响应存在明显的基因型差异.圣稻14以湿润灌溉的食味品质最好,圣稻18则以深水灌溉最好.相关分析表明,稻米RVA谱特征值与稻米外观指标及蛋白质含量之间存在显著的相关性.回归与通径分析表明,粒型是影响崩解值与消减值的主要因子,而稻米蛋白质与直链淀粉含量是影响回复值的主要因子.     

黄淮冬麦区不同时期主推品种淀粉合成酶基因分子标记鉴定

利用普通小麦直链淀粉合成酶GBSS基因及支链淀粉关键合成酶SSⅡ基因的特异分子标记鉴定了黄淮冬麦区自20世纪50年代以来253份主推品种,发现8份品种缺失Wx-B1基因,其中5份材料（小偃168、秦麦1号、83S502、山东935031、山东928802）是新发现的缺失Wx-B1基因的小麦品种,未发现Wx-A1、Wx-D1基因缺失类型品种;所鉴定253份品种的SSⅡ基因均为野生型,未发现缺失突变类型。通过对8份缺失Wx—B1基因品种直链淀粉含量分析,发现这些品种的直链淀粉含量差异较大．变异范围为19．9％-33．0％,其中豫麦47、83S502和中育5号3个品种的直链淀粉含量较低,分别为19．9％、21．3％和26．4％,可以用于优质面条小麦品质改良。     

云南软米低直链淀粉含量及其相关性状遗传分析

IR36×八宝米F2单株直链淀粉含量与农艺、米粒外观性状相关性及其遗传分析表明,18个性状有9个性状与直链淀粉含量呈极显著(P＜0.01)或显著(P＜0.05)相关性,尤其直链淀粉含量与垩白长(0.353**)、株高(-0.242**)、结实率(0.235**)、第一节间长(0.195**)的相关系数达极显著水平(P＜0.01),直链淀粉含量9%～15%是籼型软米杂种后代的重要指标;八宝米的垩白长和第一节间长均表现部分显性主效基因,籼型八宝米低直链淀粉基因和IR36的矮秆基因均为1对隐性主效基因控制,表明八宝米的优质基因易于转育或表达,可广泛用于水稻优质米育种;用SSR标记将软米基因有关的低直链淀粉含量定位于第6染色体上与RMl90连锁,其遗传距离为18.8cM.     

秸秆还田对旱作马铃薯块茎淀粉合成关键酶活性及基因表达的影响

为探讨秸秆还田下旱作马铃薯块茎形成过程中淀粉合成关键酶活性及基因表达特性,以马铃薯栽培品种"青薯9号"为材料,以露地栽培为对照,设置秸秆还田处理,研究了马铃薯块茎形成过程中淀粉合成关键酶活性、基因表达、淀粉糊化及累积指标。结果表明:秸秆还田显著提高了旱作马铃薯SSS酶活性,降低了AGPP、GBSS酶活性,而对SBE酶活性没有显著影响;显著提高了SSⅡ、SSⅢ基因表达量,降低了AGPase、GBSSⅠ、SBEⅠ、SBEⅡ基因表达量;显著增加了淀粉崩解值,减少了淀粉各阶段粘度、回生值,而对淀粉糊化温度没有显著影响;显著增加了直链淀粉含量及直/支链淀粉比,减少了总淀粉含量;GBSS酶活性与AGPase、SBEⅠ基因表达量呈显著正相关,与直链淀粉含量、直/支链淀粉比呈显著负相关;SBE酶活性与SSⅡ基因表达量、峰值粘度、低谷粘度、最终粘度、总淀粉含量呈显著正相关,与崩解值、糊化温度呈显著负相关;AGPase基因表达量与直链淀粉含量呈显著负相关;GBSSⅠ基因表达量与最终粘度、回生值呈显著正相关,与糊化温度呈显著负相关;淀粉糊化与累积无显著相关性。     

秸秆还田对旱作马铃薯块茎淀粉合成关键酶活性及基因表达的影响

为探讨秸秆还田下旱作马铃薯块茎形成过程中淀粉合成关键酶活性及基因表达特性,以马铃薯栽培品种"青薯9号"为材料,以露地栽培为对照,设置秸秆还田处理,研究了马铃薯块茎形成过程中淀粉合成关键酶活性、基因表达、淀粉糊化及累积指标。结果表明:秸秆还田显著提高了旱作马铃薯SSS酶活性,降低了AGPP、GBSS酶活性,而对SBE酶活性没有显著影响;显著提高了SSⅡ、SSⅢ基因表达量,降低了AGPase、GBSSⅠ、SBEⅠ、SBEⅡ基因表达量;显著增加了淀粉崩解值,减少了淀粉各阶段粘度、回生值,而对淀粉糊化温度没有显著影响;显著增加了直链淀粉含量及直/支链淀粉比,减少了总淀粉含量; GBSS酶活性与AGPase、SBEⅠ基因表达量呈显著正相关,与直链淀粉含量、直/支链淀粉比呈显著负相关; SBE酶活性与SSⅡ基因表达量、峰值粘度、低谷粘度、最终粘度、总淀粉含量呈显著正相关,与崩解值、糊化温度呈显著负相关; AGPase基因表达量与直链淀粉含量呈显著负相关;GBSSⅠ基因表达量与最终粘度、回生值呈显著正相关,与糊化温度呈显著负相关;淀粉糊化与累积无显著相关性。     

臭氧胁迫对稻穗不同部位糙米直链淀粉含量和RVA谱特征值的影响

近地层臭氧浓度升高使水稻产量下降,但臭氧胁迫对稻米品质的影响及其强弱势粒差异尚不清楚.本研究以8个不同类型水稻品种为供试材料,利用自然光气体熏蒸平台,设置对照(9 nL·L^-1)和高浓度臭氧(约100 nL·L^-1)处理,研究臭氧胁迫对稻穗不同部位糙米直链淀粉含量和RVA谱特征值的影响.结果表明: 与对照相比,臭氧处理使糙米直链淀粉含量、最高粘度、热浆粘度、崩解值和冷胶粘度分别下降5.9%、7.6%、5.9%、11.6%、2.9%,消减值和糊化温度分别增加24.9%和1.0%,均达显著水平.稻米直链淀粉含量和所有RVA特征参数的品种间差异均达极显著水平.稻穗不同部位稻米直链淀粉含量、最高粘度、热浆粘度、崩解值、冷胶粘度从大到小依次为强势粒>中势粒>弱势粒,消减值则表现相反.绝大多数情形下,臭氧与年度或臭氧与品种间的互作对稻米直链淀粉含量和RVA谱的影响达显著水平;尽管稻米RVA特征值对臭氧胁迫的响应多表现为稻穗上部略小于中部和下部,但臭氧与部位间的互作均未达显著水平.表明中等强度的臭氧胁迫使水稻食味品质明显变劣,变劣的程度因生长季和供试品种而异,籽粒着生位置受臭氧胁迫的影响较弱.     

籼稻和粳稻中蜡质基因座位上微卫星标记的多态性及其与直链淀粉含量的关系

稻米直链淀粉是在由蜡质基因Wx编码的颗粒结合淀粉合成酶（GBSS）的催化下合成的。最近,在Wx基因的区段内发现了一段多态性微卫星序列（CT）n。对74个非糯籼稻和粳稻材料的（CT）n多态性进行了分析,并探讨了其与直链淀粉含量之间的关系。在74个品种（系）中共发现7种（CT）n片段（Wx等位基因）,即（CT）8,（CF）10,（CT）11,（CT）16,（CT）17,（CT）18,（Ch）19。在籼粳亚种间,不同（CT）n的分布存在差异较大：在籼稻中,以（CT）11和（CT）18为主,占92．6％,另有（CT）10和（CT）8各2份,（CT）17型1份;在粳稻中,以（CT）16、（CT）17为主,共占20份材料中的90．0％。在上述74个品种（系）中,以（CT）n表示的Wx基因型对稻米直链淀粉含量的决定系数R2达0．912,也即Wx基因型差异可解释这些材料直链淀粉含量变异的91．2％。还发现6份籼稻材料Wx座位上为杂合的（CT）18／（CT）11,其中2份为推广早籼优质品种浙9248和舟优903,并对其在遗传和育种研究中的意义作了探讨。     

Introduction of Wx transgene into rice wx mutants leads to both high- and low-amylose rice

The Waxy (Wx) gene encodes a granule-bound starch synthase (GBSS) that plays a key role in the amylose synthesis of rice and other plant species. Two functional Wx alleles of rice exist: Wx(a), which produces a large amount of amylose, and Wx(b), which produces a smaller amount of amylose because of the mutation at the 5' splice site of intron 1. Wx(b) is largely distributed in Japonica cultivars, and high amylose cultivars do not exist in Japonica cultivars. We introduced the cloned Wx(a) cDNA into null-mutant Japonica rice (wx). The amylose contents of these transgenic plants were 6-11% higher than that of the original cultivar, Labelle, which carries the Wx(a) allele, although the levels of the Wx protein in the transgenic rice were equal to those of cv. Labelle. We also observed a gene-dosage effect of the Wx(a) transgene on Wx protein expression, but a smaller dosage effect was observed in amylose production with over 40% of amylose content in transgenic rice. Moreover, one transgenic line carrying eleven copies of the transgene showed low levels of Wx expression and amylose in the endosperm. This suggested that the integration of excessive copies of the transgene might lead to gene silencing.     

转反义Wx基因水稻颖果中与淀粉合成和积累相关酶活性的变化

将反义Wx基因转入水稻,导致Wx蛋白不同程度减少,颖果中的直链淀粉含量不同程度下降,总淀粉含量显著降低,直链淀粉与总淀粉的比值极显著降低。在水稻颖果发育过程中,ADPG-PPase、GBSS、SSS和SBE的活性在灌浆前期迅速升高,达最大值后很快下降,在灌浆中后期下降趋缓。Wx蛋白减少后的转基因水稻颖果中的GBSS活性明显下降,下降幅度与直链淀粉含量相一致,而且活性高峰期比其亲本有所提前。转基因水稻颖果中ADPG-PPase和SSS的活性在颖果发育的前中期,SBE则在中后期高于相应的亲本。     

Genetic analysis of starch paste viscosity parameters in glutinous rice (<Emphasis Type="Italic">Oryza sativa</Emphasis> L.)

Starch paste viscosity plays an important role in estimating the cooking, eating, and processing quality of rice. The inheritance of starch paste viscosity in glutinous rice remains undefined. In the present study, 118 glutinous rice accessions were collected, and the genotypes of 17 starch synthesis-related genes (SSRG) were analyzed by using 43 gene-specific molecular markers. Association analysis indicated that 10 of 17 SSRGs were involved in controlling the rapid visco analyzer (RVA) profile parameters. Among these, the PUL gene was identified to play an important role in control of peak viscosity (PKV), hot paste viscosity (HPV), cool paste viscosity (CPV), breakdown viscosity (BDV), peak time (PeT), and paste temperature (PaT) in glutinous rice. Other SSRGs involved only a few RVA profile parameters. Furthermore, interactions between SSRGs were found being responsible for PeT, PaT, and BDV. Some of the RVA parameters, including PKV, HPV, CPV, CSV, and PaT, were mainly governed by single SSRG, whereas other parameters, such as BDV, SBV, and PeT, were controlled by a few SSRGs, functioning cooperatively. Further, three near-isogenic lines (NIL) of a japonica glutinous cv. Suyunuo as genetic background, with PUL, SSIII-1, and SSIII-2 alleles replaced with those of indica cv. Guichao 2, were employed to verify the genetic effects of the various genes, and the results were consistent with those obtained from the association analysis. These findings indicated that starch paste viscosity in glutinous rice had a complex genetic system, and the PUL gene played an important role in determining the RVA profile parameters in glutinous rice. These results provide important information for potentially improving the quality of glutinous rice.     

Microsatellites and a single-nucleotide polymorphism differentiate apparentamylose classes in an extended pedigree of US rice germ plasm

 The Waxy gene (Wx) encodes the granule-bound starch synthase responsible for the synthesis of amylose in rice (Oryza sativa). Recently, a polymorphic microsatellite sequence closely linked to the Wx gene was reported. To determine whether polymorphism in this sequence correlates with variation in apparent amylose content, we tested an extended pedigree of 92 current and historically important long-, medium- and short-grain US rice cultivars representing the efforts of many breeders over more than 80 years. Seven Wx microsatellite alleles were identified which together explained 82.9% of the variation in apparent amylose content of the 89 non-glutinous rice cultivars tested. Similar results were also obtained with 101 progenyof a cross between low- and intermediate-amylose breeding lines. An additional, unique microsatelliteallele, (CT)₁₆, was detected in one glutinous cultivar,CI 5309. However, the other glutinous cultivars,Calmochi 101 and Tatsumi mochi, were in the (CT)₁₇ class along with three other cultivars that contained15–16.5% amylose. We sequenced a 200-bp PCR-amplified fragment containing the CT microsatellite and the putative 5′ splice site of the Wx leader intron from a subset of 42 cultivars representing all eight microsatellite alleles. All of the cultivars with 18% or less amylose had the sequence AGTTATA at the putative leader intron 5′ splice site, while all cultivars with a higher proportionof amylose had AGTTATA. This single nucleotidesubstitution could also be assayed by AccI digestion of the amplified fragment. Overall, this single nucleotide polymorphism could explain 79.7% of the variation in the apparent amylose content of the 89 non-glutinous cultivars tested. Interestingly, cultivars in the (CT)₁₉ microsatellite classes that differed substantially in amylose content still showed the correlation between this G-T polymorphism and apparent amylose content. The G-T polymorphism at this site was not, however, able to explain the very low amylose contents of the three glutinous cultivars tested, all of which had the sequence AGTTATA. Received: 31 July 1996 / Accepted: 22 November 1996