优质稻米‘青香软粳’低直链淀粉含量形成分子机制的初步研究

Waxy（Wx）基因在调控直链淀粉含量形成过程中起着重要的作用,是稻米蒸煮食味品质的一个关键决定因素。在本项研究中,我们以直链淀粉含量为8.7%和10.2%的优质稻品种‘青香软粳’和‘南粳46’为主要研究对象,初步分析并探讨了这两个优质稻品种稻米低直链淀粉形成的分子调控机理。结果显示,虽然都为Wx-II型粳稻品种,‘南粳46’的Wx基因在启动子1773位置存在AA/CT的变异,‘南粳46’和‘青香软粳’的Wx基因在启动子＋693位置具有G/A位点多态性。转录水平分析表明,在‘南粳46’和‘青香软粳’稻米发育过程中,Wx基因的表达模式有较大的差异,可能与其启动子序列的多态性相关,AA/CT变异处于Wx基因的转录调控区。Wx基因启动子后＋693位点的多态性与已报道Wxmq多态性位点之一相同,引起Arg158/His158的变异;生物信息学软件分析表明,该位点处于底物进入Wx蛋白催化中心的袋口上,Arg158/His158位点的变异可能影响到底物进入Wx蛋白催化活性中心的速率,从而影响稻米直链淀粉的合成过程和含量。文章丰富了Wx基因多态性的研究,为进一步验证其核苷酸变异与稻米直链淀粉含量的相关性奠定了基础。     

糯性水稻中蜡质基因第1内含子的剪接活性

以前的研究结果表明,非糯性的稻米中直链淀粉的含量与各品种中蜡质基因（Ｗｘ）第１内含子被剪接的效率有关,即剪接效率高的品种直链淀粉含量也高。为弄清糯米中不含直链淀粉是否也与此内含子剪接效率有关系,构建了蜡质基因启动子,（来自灿稻品种２３２）、蜡质基因第１内含子「来自籼稻品种２３２（高直链淀粉含量的品种）或粳稻品种寒丰６３６６（中、低直链淀粉含量的品种）或粳稻品种寒丰６３６６（中、低直链淀粉含量的品种     

糯性水稻中蜡质基因第1内含子的剪接活性

以前的研究结果表明 ,非糯性的稻米中直链淀粉的含量与各品种中蜡质基因 (Wx)第 1内含子被剪接的效率有关 ,即剪接效率高的品种直链淀粉含量也高。为弄清糯米中不含直链淀粉是否也与此内含子剪接效率有关系 ,构建了蜡质基因启动子 (来自籼稻品种2 32 )、蜡质基因第 1内含子 [来自籼稻品种 2 32 (高直链淀粉含量的品种 )或粳稻品种寒丰 6 36 6 (中、低直链淀粉含量的品种 ) ]与GUS报告基因组成的两种嵌合基因 ,将含有这两种嵌合基因的质粒分别转化进粳性糯稻品种奉糯 5 93中 ,同时还分别转化进非糯性的籼稻品种特青和粳稻品种中花 11中作为对照 ,测定它们的抗性愈伤组织与转基因植株未成熟种子胚乳中的GUS酶活性。结果表明与在非糯性的籼稻和粳稻中一样 ,这两种嵌合质粒在不合成直链淀粉的糯稻中也有相当水平的表达。从此结果可以推测 ,糯稻品种有从嵌合基因的转录本中剪接蜡质基因第 1内含子的正常能力 ,而在糯稻中缺乏直链淀粉可能是糯稻蜡质基因第1内含子中的其它突变所造成的     

水稻蜡质基因引导区的两个SSR序列与直链淀粉含量的相关性(英文)

分析了蜡质基因引导区的两个简单重复序列 (SSR) (CT) n 和 (AATT) n 在 74份水稻材料中的多态性及其与直链淀粉含量 (AC)的关系。这些材料包括了籼稻 (OryzasativaL .ssp .indica)、粳稻 (O .sativassp .japonica)和普通野生稻 (O .rufipogon) ,其AC值覆盖了栽培稻AC分布的整个范围。以 (CT) n 作标记检测到 8个等位基因 ,粳稻品种趋于含有重复数目较多 (n≥ 16 )的等位基因 ,重复次数较少 (n≤ 14)的等位基因只出现在籼稻中。 (AATT)n检测到 2个等位基因 ,野生稻中少数植株表现出杂合性。分析表明AC与这两个SSR序列基因型高度相关 ,高AC (>2 2 .0 % )品种具有 (CT)重复次数较少 (n≤ 14)的等位基因 ;相反 ,除了糯米外 ,所有低或者中等AC的品种都有 (CT)重复数较多 (n≥ 16 )的等位基因。具有重复次数较多的 (AATT) 6等位基因的品种多为高AC ,具有重复次数较少的(AATT) 5等位基因的品种多为低或中等AC。不同SSR基因型品种间AC差异极显著。虽然目前还不能确定这两个SSR序列在直链淀粉合成中的直接功能 ,SSR变异与AC间近乎完全的相关性可作为分子标记直接用于水稻的品质改良。     

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 …

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）邓（ＣＴ）８,（ＣＴ）１０,（ＣＴ）１１,（ＣＴ）１６,（ＣＴ）１７,（ＣＴ）１８,（ＣＴ）１９,在籼粳     

水稻蜡质基因引导区的两个ＳＳＲ序列与直链淀粉含量的相关性

分析了蜡质基因引导区的两个简单重复序列（ＳＳＲ）(ＣＴ）n和（ＡＡＴＴ）n在７４不稻材料中的多态性及其与直链淀粉含量（ＡＣ）的关系。这些材料包括了籼稻（Oryza sativa L.ssp.indica)、粳稻（Ｏ.sativa ssp.japonica)和普通野生稻（O.rufipogon),其ＡＣ值 栽培稻ＡＣ分布的整个范围。以（ＣＴ）n作标记检测到８个等位基因,粳稻品种趋于含有重复数目较多（n≥１６）的等位基因,重复次数较少(n≤１４）的等位基因只出现在籼稻中,（ＡＡＴＴ)n检测到２个等位基因,野生稻中少数植株表现出杂合性。分析表明ＡＣ与这两个ＳＳＲ序列基因型高度相关,高ＡＣ（＞２２．０％）品种具有（ＣＴ）重复次数较少(n≤１４）的等位基因;相反,除了糯米外,所有低或中等ＡＣ的品种都有（ＣＴ）重复较多（n≥１６）的等位基因,具有重复次数较多的（ＡＡＴＴ）６等位基因的品种多为高ＡＣ,具有重复次数较少的（ＡＡＴＴ）５等位基因的品种多为低或中等ＡＣ。不同ＳＳＲ基因型品种间ＡＣ差异极显。虽然目前还不能确定这两个ＳＳＲ序列在直链淀粉合成中的直接功能,ＳＳＲ变异与ＡＣ间近乎完全的相关性可作为分子标记直接用于水稻的品质改良。     

在转基因水稻植株中蜡质基因第1内含子对基因表达影响的分析

为阐明水稻Wx基因第1内含子在整体植株的胚乳发育阶段是否确有增强基因表达的功能,以及弄清高和中、低直链淀粉含量的水稻品种Wx基因第1内含子126个碱基之间有差异的16个碱基中哪几个碱基了该内含子的正常剪接从而降低了基因的表达水平,我们分别用高直链淀粉含量品种的Wx基因翻译起始密码子ATG上游3．1和2．1kb片段与GUS基因编码区融合构建成嵌合质粒,并在此基础上（1）去除嵌合质粒中Wx基因的第1内含子;（2）将嵌合质粒Wx基因的第1内含子中（3．1kb)与中、低直链淀粉含量的水稻品种Wx基因第1内含子有差异的6个碱基以中,低直链淀粉含量的水稻品种的碱基替换。将上述改造过的几种质粒分别转化粳稻品种中花11,测定转化植株未成熟种子胚乳中的GUS活性。结果表明第1内含子的缺失或此内含子的5′端剪接点上的碱基G以T替换均造成GUS活性的急剧下降,说明第1内含子在植株体内的确有增强基因表达的功能,而且在中、低直链淀粉含量的水稻品种中Wx基因第1内含子5′端剪接点上自然存在的G→T突变是造成这些品种中该内含子剪接不正常,从而使Wx基因表达水平和直链淀粉含量下降的主要原因。     

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。     

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。     

应用CRISPR/Cas9技术创制低直链淀粉含量水稻种质

Wx基因直接控制水稻胚乳直链淀粉的合成,进而影响胶稠度等多个品质指标,是控制稻米食味的主效基因.适当降低稻米的直链淀粉含量可改善稻米品质.吉丰B是籼型优质杂交稻保持系,直链淀粉含量偏高,影响组配后代的食味品质.本研究以吉丰B为试验材料,对Wx基因编码区上游序列进行编辑,以期获得Wx基因表达下调,直链淀粉含量降低的水稻种...     

云南地方稻waxy基因序列多样性分析

利用特异引物Wx-F/AG-2对来源于云南省16个州市64个县的252份地方稻种waxy基因中含有微卫星序列(CT)n和第一内含子的序列进行PCR扩增并测序。结果表明在268个碱基的序列内检测到4个变异位点:第一内含子上游56位处(CT)n存在(CT)10、(CT)11、(CT)12、(CT)14、(CT)16、(CT)17、(CT)18、(CT)19、(CT)20、(CT)21等10种变异;(CT)11、(CT)18、(CT)17、(CT)12、(CT)10等5种单倍型是云南优势类型,合计占供试材料的92.85%;籼稻以(CT)10、(CT)11、(CT)12为主,而粳稻以(CT)11、(CT)12、(CT)17和(CT)18为主;第一内含子+1位存在G/T变异,81.75%品种是G,T只出现在(CT)16、(CT)17、(CT)18和(CT)20的品种中,其频率在籼稻中为13.48%,粳稻20.86%,水稻16.17%,陆稻22.35%,粘稻10.47%,糯稻42.62%。+86-88位存在ATA/GTA/A--3种变异;+128位处存在(AATT)5和(AATT)6 2种变异。根据这4个变异位点,可将252个云南地方稻种归为16种单倍型,其中Wx4(32.54%)、Wx9(13.89%)、Wx12(12.7%)、Wx5(12.3%)、Wx1(8.33%)、Wx11(7.94%)是主要类型,合计87.7%,其他类型频率较低。籼/粳亚种、水/陆稻和粘/糯中存在单倍型种类和单倍型频率两方面的差异,籼稻/粳稻、水/陆稻和粘/糯稻各亚种或生态型均有独享的单倍型,共享单倍型频率也存在差异,表明亚种间或生态型间发生了一定的遗传分化。单倍型地理分布分析表明,临沧、普洱单倍型种类最丰富,以之为中心向外扩展,单倍型种类有减少的趋势,第一内含子+1位的T主要分布在临沧、普洱、西双版纳、德宏等南部地区。本研究揭示了云南地方稻种群体waxy基因的变异和分布特点。     

Correlation of Simple Sequence Repeat (SSR) Variants in the Leader Sequence of the waxy Gene with Amylose Content of the Grain in Rice

Variation of two simple sequence repeats (SSRs) in the leader region of the waxy gene was analyzed in a sample of 74 accessions, including Oryza sativa L. ssp. indica, japonica and wild rice ( O.rufipogon) representing a wide distribution range of amylose content (AC) in cultivated rice. Eight alleles were detected in the (CT)n motif and two alleles were resolved in the (AATT)n motif. The distribution of the alleles of the two SSRs was quite uneven as detected by the (CT)n motif. The repeat numbers of the two SSR motifs, (CT)n and (AATT)n, appeared to be inversely related such that the total length of this region was maintained. AC of the varieties was highly correlated with the length of SSRs. Differences in AC among the various SSR genotypes were statistically highly significant as analyzed using genotypes of both SSR motifs. Although the SSR variation did not seem to have obvious function in the synthesis of the starch synthase encoded by the waxy gene, the almost perfect correlation between the two SSRs and AC level could be used for quality improvement in rice breeding programs.     

Microsatellite diversity within Oryza sativa with emphasis on indica-japonica divergence

The molecular evolution of cultivated rice Oryza sativa L. has long been a subject of rice evolutionists. To investigate genetic diversity within and differentiation between the indica and japonica subspecies, 22 accessions of indica and 35 of japonica rice were examined by five microsatellite loci from each chromosome totalling 60 loci. Mean gene diversity value in the indica rice (H=0.678) was 1.18 times larger than in the japonica rice (H=0.574). Taking the sampling effect into consideration, average allele number in the indica rice was 1.40 times higher than that in the japonica rice (14.6 vs 10.4 per variety). Chromosome-based comparisons revealed that nine chromosomes (1, 2, 3, 4, 5, 8, 9, 10 and 11) harboured higher levels of genetic diversity within the indica rice than the japonica rice. An overall estimate of F(ST) was 0.084-0.158, indicating that the differentiation is moderate and 8.4-15.8% of the total genetic variation resided between the indica and japonica groups. Our chromosome-based comparisons further suggested that the extent of the indica-japonica differentiation varied substantially, ranging from 7.62% in chromosome 3 to 28.72% in chromosome 1. Cluster analyses found that most varieties formed merely two clusters for the indica and japonica varieties, in which two japonica varieties and five indica varieties were included in the counterpart clusters, respectively. The 12 chromosome-based trees further showed that 57 rice varieties cannot be clearly clustered together into either the indica or japonica groups, but displayed relatively different clustering patterns. The results suggest that the process of indica japonica differentiation may have proceeded through an extensive contribution by the alleles of the majority in the rice genome.     

同源四倍体水稻籼型突变体Wx基因序列分析及特异识别分子标记的建立

同源四倍体水稻突变株D4063-1直链淀粉含量比来源二倍体明恢63下降一半,即其直链淀粉含量为5.23%。为研究其直链淀粉含量下降的原因, 根据普通水稻Wx基因设计引物, 扩增测序获得了D4063-1Wx基因的全序列, 并与已报道的Wx基因进行比对分析; 同源四倍体水稻D4063-1Wx基因最显著变化为在外显子序列中发生碱基缺失, 导致移码突变, 在第9外显子终止密码子提前出现。D4063-1Wx基因碱基位点的变化还导致其序列上酶切位点的变化,对常用限制性内切酶位点分析结果表明, 同源四倍体水稻相对于籼稻和粳稻多了2个sphⅠ酶切位点, 相对于粳稻减少了6个AccⅠ, 增加了4个XbaⅠ, 1个XhoⅠ, 1个PstⅠ和1个SalⅠ酶切位点。聚类分析表明D4063-1Wx基因序列与籼稻亲源关系较近, 由此推测D4063-1Wx基因来源于籼稻的Wxa基因型。另外, 根据D4063-1Wx基因的碱基差异, 推测D4063-1Wx基因外显子碱基变化导致的RNA加工障碍是其直链淀粉降低的主要原因, 并可能与其米饭较软等品质相关。本研究还根据D4063-1和籼稻、粳稻的序列差异及D4063-1在该片段上的特征序列位点设计了用于识别D4063-1的寡核苷酸片段,并作为PCR反应的引物命名为AUT4063-1,将该引物与作者设计的扩增普通籼稻、粳稻Wx基因的引物F5配合使用, 建立了识别D4063-1的显性和共显性两种检测方式的分子标记, 为快速、准确鉴别低直链淀粉含量突变体D4063-1创造了条件。     

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。     

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.     

应用微卫星标记鉴别水稻籼粳亚种

应用70个微卫星标记分析了3个籼稻测验种和3个粳稻测验种的多态性,发现其中36个标记可以区分籼粳测验种。再以18个籼粳品种进一步筛选,找到了分布于12条染色体的21个籼粳特异性微卫星标记。在这21个标记中,20个在籼粳亚种间带型相异,其中7个在亚种内带型一致,13个在亚种内带型不一致;1个标记在12个籼稻品种和1个粳稻品种检测到相同的带型,其余11个粳稻品种具有另一种带型。微卫星标记和RFLP标记检测籼粳亚种不仅具有一致性,而且还有互补性。 Abstract:Six indica and japonica testers were assayed using 70 microsatellite markers.Thirty-six markers distinguishing indicas from japonicas were detected.By further-screening among 18 indica and japonica varieties,21 markers distributed on 12 rice chromosomes were found to be indica-japonica differentiated.No indica varieties shared same patterns with any japonica varieties at 20 marker loci,of which identical patterns were observed within subspecies at 7 loci while within-subspecies variations were observed at 13 loci.At the remaining locus,12 indica and 1 japonica varieties had the same allele,while other 11 japonica varieties had another allele.It also showed that SSLP was not only consistent,but also complementary,to RFLP for the subspecies identification.     

云南栽培稻种SSR 遗传多样性比较

采用64个SSR标记对96份云南水稻(Oryz a sativa)地方品种和选育品种的遗传多样性进行比较分析。结果发现64个标记都具有多态性, 共检测到741个等位基因, 每个多态性位点检测到的等位基因数为2-29个, 平均11.57个; Nei基因多样性指数(He)范围在0.345(RM321)-0.932(RM1)之间, 平均为0.56。水稻品种的遗传多样性并非按地理位置均匀分布, 而是在相 似系数为0.17的水平上明显分为2个不同类群, 即籼稻类群和粳稻类群, 且籼粳亚种间的SSR多样性差异不明显, 籼稻平均等位基因数(Ap)和Nei基因多样性指数(Ap=10.6, He=0.46)与粳稻品种(Ap=10.7, He=0.48)十分接近, 可能与这些品种间存在一定频率的基因交流有关。糯稻和非糯稻在籼稻群和粳稻群中都有表现, 没有特别的分布规律。云南栽培稻选育品种与地方稻亲缘关系较近, 其遗传基础可能来源于云南水稻地方品种。本研究结果表明, SSR标记能较好地区分云南栽培稻品种, 且云南水稻地方品种遗传多样性丰富, 存在大量的优质性状可供育种实践选择。