水稻淀粉合成相关基因分子标记的开发及稻米淀粉RVA谱特征与品质性状的相关性研究

摘要

水稻是世界上最重要的粮食作物之一，世界半数以上人口赖以为生。淀粉是稻米的主要成分，占糙米组成的90％左右，也是稻米加工品质、蒸煮品质和食味品质的主要决定因素。其品质改良特别是食味品质改良已成为水稻育种的重要内容。淀粉由直链淀粉和支链淀粉组成，两类淀粉所占的比例及支链淀粉的结构共同决定了稻米淀粉品质。直链淀粉是由Wx基因编码的颗粒结合淀粉合成酶(GTanuleboundstarchsynthase，GBSS)以ADP-葡萄糖为底物催化合成的。直链淀粉含量(amylosecontent，AC)是评价稻米品质的一个重要理化指标，与蒸煮食味品质有着密切的联系。但是，具有相似AC的品种，其食味品质仍存在很大的差异，这种差异的表现之一就是在RVA谱的特征值上。许多研究表明：RVA谱可以用来评价稻米食味品质，AC与RVA谱的评价相结合可以提高后代选择的准确率。支链淀粉由可溶性淀粉合成酶(Solublestarchsynthase，SSS)，淀粉分支酶(Starchbranchingenzyme，SBE)，去分支酶(Debranchingenzyme，DBE)以ADP-葡萄糖为底物协同催化合成，其中每一种酶又具有多种同工型(isoform)，因而支链淀粉生物合成过程相当复杂。 目前，关于Wx基因的遗传调控机理及其对稻米品质的影响已有许多报道，但是关于支链淀粉相关基因对稻米品质的影响及它们的遗传调控机制研究较少。随着水稻基因组测序完成，籼稻品种93-11及粳稻品种日本晴的全基因组序列已经公布，通过比较籼、粳亚种相应基因序列，获得多态性区域，并基于这些多态性位点开发序列标签标记，对饱和遗传图谱，图位克隆、基因功能分析、遗传多样性的揭示等具有重要的作用。据此，本研究发展了淀粉合成主要相关基因的分子标记，并分析了这些基因对稻米淀粉理化特性的影响。此外，还对稻米淀粉RVA谱特征与品质性状的相关性作了分析。主要研究结果概括如下。 1.基于水稻籼、粳亚种数据库比对，成功开发了淀粉合成相关基因的15个分子标记。包括Agp基因标记2个(RB110、RB120)；She1基因标记6个(RB816、RB814、RB815、RB811、RB3828、RB2504)；She3基因标记3个(RB821、RB822、RB823)；SSIIa基因标记(RB924)、SSIIc基因标记(RB925)、Iso基因标记(RB712)与Pul基因标记(R114/113)各一个。其中RB110、RB120、RB814、RB815、RB3828、RB821、RB822、RB823、RB712为内含子标记；RB816、RB2504、R114/113为启动子标记；RB811、RB925为外显子标记；RB924是SSIIa基因第10外显子下游约500bp处发展的标记。 2.分支酶基因Sbe1与She3标记可将供试材料划分成16种基因型；Agp基因标记、SSIIc基因标记、Pul基因标记可分别将供试材料划分成3种基因型；SSIIa基因标记、Iso基因标记可分别将供试材料划分成2种基因型。 3.根据各基因标记所划分的基因型，对102份非糯材料淀粉理化特征值的差异进行方差分析。分支酶基因标记所揭示的不同非糯材料间，各淀粉理化特征值整体上差异不显著，说明这些标记所揭示的分支酶基因等位性变异位点对非糯稻米的淀粉理化特性影响不显著；Agp基因标记所揭示的遗传多态性位点与热浆黏度(HPV)、冷胶黏度(CPV)、直链淀粉含量(AC)的变异有显著的相关性，且基因型为ab的材料表现出AC相对较高的特点：SSllc基因(ALK)的等位性变异对不同品种稻米的糊化温度影响显著，表现出基因型A＜基因型K＜基因型B的糊化温度。 4.通过对106份水稻材料稻米外观品质、蒸煮理化品质和RVA谱特征值的测定，分析了RVA谱特征值与各项品质指标的相关关系。RVA谱特征值与外观品质中的垩白率关系最为密切，其中垩白率与崩解值(BDV)和消减值(SBV)的相关系数分别为-0.43﹡﹡与0.40﹡﹡；RVA谱特征值与低直链淀粉含量(AC)的品种和糯稻品种的蒸煮理化特性相关性显著或极显著，与高、中等直链淀粉含量的品种相关性不显著，糯稻品种的AC与RVA谱特征值除BDV和SBV外，其余指标相关性均达0.85以上。由此认为，水稻品种的AC越低，AC与RVA谱特征值的关系越密切。

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第一章文献综述

1.1稻米胚乳淀粉的生物合成

1.1.1淀粉的组成和结构

1.1.2淀粉的生物合成

1.2稻米品质的评价

1.2.1碾磨品质

1.2.2外观品质

1.2.3蒸煮食用品质

1.2.4营养品质

1.3分子标记辅助选择改良稻米品质

1.3.1分子标记的种类

1.3.2分子标记辅助选择育种（Molecular-assisted breeding，MAS）

1.4本论文研究内容提出

第二章水稻淀粉合成相关基因分子标记的开发及其对稻米淀粉理化性质的影响

2.1材料与方法

2.1.1供试材料

2.1.2Agp、Rbe1、Rbe3、Iso及Pul等基因多态性区域的获得

2.1.3引物设计

2.1.4 PCR和电泳

2.1.5稻米品质检测

2.1.6统计分析

2.2结果与分析

2.2.1 Agp基因分子标记的发展和基因型检测

2.2.2分支酶基因分子标记的发展和基因型检测

2.2.3可溶性淀粉合成酶基因分子标记的发展和基因型检测

2.2.4去分支酶基因分子标记的发展和基因型检测

2.2.5分支酶基因多态性效应分析

2.2.6ADPG焦磷酸化酶基因(Agp)多态性效应分析

2.2.7糊化温度基因(ALK)多态性效应分析

2.3讨论

2.3.1分子标记的发展

2.3.2基因遗传多态性与淀粉理化特性的关系

第三章稻米淀粉RVA谱特征与品质性状的相关性分析

3.1材料和方法

3.1.1供试材料

3.1.2外观品质测定

3.1.3蒸煮理化指标测定

3.1.4稻米淀粉RVA指标测定

3.1.5统计分析

3.2结果与分析

3.2.1外观品质与RVA谱特征值的相关性

3.2.2蒸煮理化指标与RVA谱特征值的相关性

3.3讨论

3.3.1外观品质与RVA谱特征值

3.3.2蒸煮理化品质与RVA谱特征值

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文