不同品种青稞籽粒灌浆期淀粉代谢酶活性及基因表达模式的研究

摘要

本实验选用糯性青稞品种甘垦5号和非糯性青稞品种北青6号和昆仑12号作为试验材料，以双波长分光光度法测定3个青稞品种籽粒灌浆期中直链淀粉与支链淀粉含量的动态变化；通过测定酶活分析研究了淀粉代谢的关键酶活性变化；通过RT-PCR研究并分析了淀粉代谢关键酶编码基因的表达量，以及不同基因表达量之间和基因表达量与对应酶活的相互关系。结果表明：
　　1.随着籽粒灌浆期的进行甘垦5号、北青6号和昆仑12号的支链淀粉的含量、总淀粉的含量随籽粒灌浆期进行而逐渐增加，北青6号和昆仑12号的直链淀粉的含量也随之逐渐增加。其中北青6号和昆仑12号的支链淀粉前期积累速率较快，而直链淀粉后期积累速率较快，最终导致支链淀粉和直链淀粉的比例逐渐下降，花后15天左右，其比例已无差异。
　　2.甘垦5号、北青6号和昆仑12号籽粒灌浆过程中催化淀粉合成的关键酶：淀粉合成酶AGPP、SSS、GBSS和SBE的活性变化均呈单峰曲线，北青6号的AGPP和昆仑12号的GBSS的活性在花后25天左右达到峰值，而甘垦5号的AGPP、SSS和SBE的活性和北青6号的SSS、GBSS和SBE的活性以及昆仑12号的AGPP、SSS、和SBE均在花后20天左右达到峰值；而在籽粒灌浆过程中α-淀粉酶则出现升-降-升-降的变化趋势，即在花后10天左右出现第一个峰值，花后20天左右降到最低，花后25天左右，再次出现峰值，之后开始下降，而β-淀粉酶基本上是呈先下降后上升的趋势，在花后20天左右活性值最低。
　　3.相关性分析结果表明，北青6号籽粒灌浆期淀粉合成酶AGPP、SSS、GBSS和 SBE的活性变化与直链淀粉含量的变化呈显著正相关，北青6号和昆仑12号籽粒灌浆直链淀粉、支链淀粉和总淀粉积累速率与 AGPP、GBSS、SSS和 SBE活性变化显著或极显著正相关。在甘垦5号中未检测到直链淀粉的积累，甘垦5号籽粒灌浆期的支链淀粉和总淀粉积累速率与 AGPP和SSS呈显著或者极显著正相关。而北青6号和昆仑12号籽粒灌浆期的直链淀粉、支链淀粉和总淀粉的积累速率与β-淀粉酶活性呈显著或极显著负相关。甘垦5号籽粒灌浆期的支链淀粉和总淀粉积累速率与α-淀粉酶呈显著负相关。青稞籽粒灌浆过程中淀粉含量积累是由于淀粉合成酶活性的增强，而不是分解酶活性的减弱。因此，青稞籽粒中淀粉积累是淀粉代谢酶（合成和分解方向）综合作用的结果。
　　4.基因的表达量分析结果表明：甘垦5号、北青6号和昆仑12号的淀粉合成编码基因的表达模式大致可分为两种曲线模式，即低-高-低的单峰曲线和高-低-高-低的双峰曲线。其中GBSSI在糯性青稞品种甘垦5号中一直保持低量表达，但在非糯性材料北青6号和昆仑12号中呈现单峰曲线的表达模式；AGPP、GBSSI、SSSIII和SBEI在胚乳淀粉合成时期表达量较高；GBSSII后期表达量较高，但在整个灌浆过程中表达量均较低。淀粉分解编码基因中，AMY4的mRNA在3个青稞品种整个开花过程中呈现逐渐升高的趋势外，AMY1、AMY2和 AMY3均呈现在开花前期表达量较高，开花中期表达量相对较低但保持稳定，开花后期表达量逐渐回升的趋势。青稞籽粒灌浆过程中 BAM1和 BAM2在开花前期表达量较高，而BAM6和BAM7则在开花后期有较高的表达量，BAM4和BAM5在整个灌浆过程中则为恒量表达。可通过分解酶基因表达量解释淀粉分解酶活性先降低后上升的变化趋势。