低淀粉黏滞性水稻的淀粉功能特性与基因克隆研究

淀粉是水稻胚乳中的最主要成分，其组成与结构是决定稻米品质及其加工应用性能的最重要因素。我们在前期研究中筛选发掘了一份具特异淀粉特性的籼稻种质，其直链淀粉含量(26.6%)、胶稠度和碱消值等常规理化指标以及外观品质等与现有常规品种相仿，但却具有极低的淀粉黏滞特性(Low starch viscosity, LSV)；遗传分析表明该性状受单显性核基因控制。本研究拟在前期遗传分析与基因初定位的基础上，进一步采用DSC、GPC等技术探明水稻籽粒中低淀粉黏滞性形成的淀粉结构基础及其方式，了解低淀粉黏滞性稻米的理化特性和营养特征；并利用图位克隆法分离低淀粉黏滞性的控制基因，解析该基因的功能及其参与稻米淀粉品质形成的分子机理，为稻米淀粉品质改良提供依据。

淀粉是水稻胚乳中的最主要成分，其组成与结构是决定稻米品质及其加工应用性能的最重要因素。本研究以一份具极低的淀粉黏滞特性(Low starch viscosity, LSV)的籼稻种质Q11为材料，开展了淀粉理化特性、基因定位与功能研究等，并取得了预期的研究成果；已发表论文4篇，其中SCI论文3篇；申请发明专利2项；培养博硕士生4名。. 以表现低淀粉粘滞特性的籼稻种质Q11和一个常规籼稻品种桂朝2号（GC2）及一个糯稻品种苏御糯（SYN）为研究对象，研究了Q11低淀粉粘滞性的成因。结果表明，低淀粉粘滞性水稻品种Q11稻米在外观形态上籽粒透明、无垩白，其含水量、粗蛋白含量、总淀粉含量和表观直链淀粉含量等都与对照籼稻品种GC2接近，但胶稠度极显著低于GC2和SYN。RVA分析显示，Q11米粉具有极低的RVA谱，其峰值粘度、热浆粘度、冷胶粘度和崩解值均显著低于对照GC2；二硫苏糖醇和硝酸银处理以及淀粉RVA谱测定实验表明，Q11米粉中的蛋白质结构和α-淀粉酶活性并非低粘滞性的成因。对淀粉粒的扫描电镜观察结果表明，Q11稻米具有较小且均一规则的淀粉粒；Q11淀粉具有非常小的膨胀力，且难以彻底糊化。综合上述结果推测，籼稻品种Q11稻米低淀粉粘滞性的成因可能与其具有较小且均一的淀粉粒和淀粉粒难以膨胀、糊化的特性有关。对日本晴/Q11的F2代个体稻米（F2-3）进行了粘滞性性状的遗传分析，表明OsLSV基因主要通过控制峰值粘度来降低RVA谱。利用构建的OsLSV基因的近等基因系分析了BC6F2-3代的RVA谱分离情况，结果显示低淀粉粘滞性性状是由单基因控制的显性性状。利用构建的近等基因系对OsLSV基因进行了精细定位，将OsLSV基因定位在水稻第6号染色体短臂分子标记L13E与L17A之间约30kb的范围。在日本晴基因组背景下该区段存在4个ORF，其中之一是已经定位和克隆的颗粒结合淀粉合成酶基因Wx。在对Wx基因上游序列的扩增分析时，发现与水稻日本晴基因组的同一位置的序列相比，在另一候选基因 Os06t0132801-01的外显子的中部插入了一段反转录酶的一个外显子，因此两者可能组成了一个新的功能基因。推测候选基因可能就是位于Wx基因上游的新基因或者两者存在一定的调控关系，共同导致了低RVA的出现。