基于淀粉分支酶调控香蕉果实抗性淀粉合成机理的研究

Resistant starch, as the main component of starch in the banana fruit, promotes digestion, prevents intestinal diseases and keeps fit. SBEs are the key gene in charge of amylose transformed into amylopectin, and play an important role in the regulation of resistant starch synthesis. However, little information was available in banana. In this study, five different varieties of cooking banana (genomic group AAB) and dessert banana (genomic group AAA) pulp will be selected in analysis of the relationship between the SBEs expression and the resistant starch contents, the key SBE gene will be screened; the protein interacted with SBE will be screened using co-immunoprecipitation and Pull-down technology, and transcription factor will be filtered by yeast one hybrid and ChIP-seq; SBE gene function will be verified using agrobacterium mediated transformation system, other metabolites will be analyzed with GC-MS in transgenic lines.

抗性淀粉作为香蕉果实淀粉中的主要成分，具有促消化、防治肠道疾病和降脂减肥的功效。SBEs是调控直链淀粉向支链淀粉转化的关键基因，对抗性淀粉的合成具有重要的调控作用。目前关于香蕉中SBE的研究尚未有报道。本项目拟分别采用五个不同品种的煮食蕉（基因组类型AAB）和鲜食蕉（基因组类型AAA）果肉，分析SBE表达与抗性淀粉含量之间的相互关系，筛选出调控抗性淀粉合成的关键SBE基因；利用免疫共沉淀和Pull-down技术寻找与SBE相互作用的蛋白质，同时利用酵母单杂和ChIP-seq筛选调控SBE的转录因子，分析SBE的调控机制；利用农杆菌介导的香蕉转化体系，验证SBE基因的功能，同时利用GC-MS分析SBE对其他代谢物的合成调控。

抗性淀粉作为香蕉果实淀粉中的主要成分，具有促消化、防治肠道疾病和降脂减肥的功效。淀粉分支酶（SBEs或称GBEs）是调控直链淀粉向支链淀粉转化的关键基因，对抗性淀粉的合成具有重要的调控作用。然而，目前对于GBEs在香蕉淀粉合成过程中的调控作用研究较少。本项目中，在微观结构和基因表达水平上分析了不同香蕉品种淀粉降解机制，Plantain中总淀粉、抗性淀粉含量均相对较高，且淀粉粒的形态也差异较大，而β-淀粉酶在Plantain中特异高表达。另外，利用实时荧光定量PCR分析发现MaGBE4在香蕉果实发育过程中发挥了重要的作用。利用MaGBE4的启动子区域筛选了香蕉酵母单杂质粒文库，发现MaGBE4受ZF1、LZ1、PBPL15、EID1和CPG13等转录因子调控，这5个转录因子表达变化趋势与MaGBE4呈显著正相关，且LZ1的相关系数最高。亚细胞定位发现只有ZF1、LZ1、PBPL15定位于细胞核中，参与MaGBE4基因表达的调控。同时，我们构建了MaGBE4的超表达载体，转化了番茄果实，以期望进一步验证MaGBE4的功能。我们为进步一探索香蕉中淀粉和品质形成的关系，利用核磁共振技术测定了6个香大蕉青熟期和黄熟期果肉中的初生代谢产物，共检测并获得其中52种物质的绝对定量，发现黄熟期香牙蕉的代谢物含量与其他品种有显著不同。最后，我们将青香蕉中抽提的粗淀粉与市售的香蕉淀粉进行了形态、理化性质和成本比较，发现我们提出的香蕉淀粉颗粒更均匀，品质更纯，有一定的商业竞争力。本研究不仅对香蕉中淀粉合成调控进行了基础性研究，也为开发香蕉淀粉新产品提供了新的思路。