玉米籽粒高直链淀粉形成的分子机理和功能基因特异标记的开发与利用

玉米籽粒淀粉有直链淀粉和支链淀粉之分，直链淀粉占籽粒总淀粉的28%左右，直链淀粉含量在50%以上的玉米称之为高直链淀粉玉米，直链淀粉由于其独特的分子结构和理化性能，用途极广。直链淀粉的合成主要受四个基因（酶）的控制，即颗粒结合型淀粉合成酶GBSSI和淀粉分支酶SBEI、SBEIIa及SBEIIb。本研究以16个高直链淀粉玉米为材料，在分子水平上比较它们在GBSSI、SBEI、SBEIIa 及SBEIIb位点上的等位差异，并对每个等位基因开发它们的特异功能标记；通过分子标记辅助选择，将GBSSI活性最高，SBEI、 SBEIIa及SBEIIb功能完全丧失或活性最低的等位基因聚合于一体，试图获得直链淀粉含量更高的玉米类型。

玉米籽粒淀粉包括直链淀粉和支链淀粉，其中，直链淀粉由于其独特的分子结构和理化性能，用途极广。在普通玉米中，直链淀粉占籽粒总淀粉的28%左右，而在高直链淀粉玉米中，直链淀粉含量能够达到在50%以上。直链淀粉的合成主要受四个基因（酶）的控制，即颗粒结合型淀粉合成酶GBSSI和淀粉分支酶SBEI、SBEIIa及SBEIIb。对高直链淀粉中的这四个基因进行研究在理论上可以探讨玉米籽粒高直链淀粉形成的机理，在实践上能够提高玉米高直链淀粉的含量。本项目的研究计划是以16个高直链淀粉玉米为材料，在分子水平上比较它们在GBSSI、SBEI、SBEIIa及SBEIIb位点上的差异并开发功能标记；通过分子标记辅助选择，将GBSSI活性最高，SBEI、SBEIIa及SBEIIb功能完全丧失或活性最低的等位基因聚合于一体，以获得直链淀粉含量更高的玉米类型。经过三年的努力，我们已经完成上述研究计划。研究表明，GBSSI活性及SBEIIa基因cDNA序列在上述16个高直链淀粉玉米中并无显著差异；与普通玉米的cDNA序列相比较，所有高直链淀粉玉米的SBEIIb基因的第9个外显子完全缺失；16个高直链淀粉玉米中，除了GMES-0067的sbeI基因的cDNA序列有15个碱基的改变，其它高直链淀粉的序列完全一致。首次直接证明了SBEI是高直链淀粉形成的重要修饰基因。基于以上研究结果，我们组配了HAM-1 x GEMS-0067的选系群体，通过分子标记辅助选择的方法选择同时具有GBSSI、SBEI、SBEIIa及SBEIIb最优等位基因的个体，目前已经自交4代。受本课题资助，在《Crop Science》、《BMC Genomics》、《分子植物育种》上共发表文章三篇，培养硕士研究生两名，预算结余4.6万元。