三个新的淀粉合成酶基因的同源基因的功能研究

淀粉是植物储藏能量和碳素的重要形式，是人类和动物可利用的最为丰富的可再生物质之一。淀粉的合成与代谢是多基因参与的复杂过程。目前虽然已经确定了一些淀粉合成关键酶及其同工型基因的功能，但是植物淀粉合成的起始和积累及其调节机制等还不清楚。因此，搜寻新的淀粉合成相关基因或突变体并研究其生物学功能对于阐明淀粉合成及其调节机制将具有重大帮助。基于生物信息学分析，我们在高等植物基因（组）数据库中发现了三个新的淀粉合成关键基因的同源基因，即二个淀粉合（成）酶的类似基因和一个淀粉磷酸化酶基因。本项目将在此基础上研究这三个新基因的基本生物化学和分子生物学特性，包括转录水平的表达调节特性、蛋白的亚细胞定位和酶学特性，并通过基因干涉和超表达技术研究这三个基因在植物体内的生物学功能。该研究对于探讨高等植物淀粉合成与代谢机制，以及探讨高等植物的淀粉合成与代谢基因的物种多样性等都将具有重要意义。

淀粉合成酶（Starch synthases，SS）和淀粉磷酸化酶（Starch phosphorylase，PHO）在淀粉代谢中起着重要作用。我们检测到一个新的SS 和一个PHO类似基因，他们存在于低等植物和部分高等植物基因组中，命名为SSVI和PHOA。SSVI和PHOA基因同以前报道的基因具有不同的基因结构，在进化树上分别形成不同的新分支。SSVI蛋白同SSIII 和SSIV有较高的氨基酸同源性，同GBSS, SSI, 和SSII同源性较低。大肠杆菌表达的番茄SSVI具有淀粉合（成）酶活性。表达番茄SSVI不能互补拟南芥ssiv突变体的少淀粉粒表型。表达番茄SSVI的转基因水稻种子表观直链淀粉含量增加。PHOA蛋白在N-末端有一个ACT（结合氨基酸）结构域（IPR002912）。表达百脉根PHOA的转基因水稻种子表观直链淀粉含量没有发生显著性改变。在百脉根中超表达PHOA基因导致果荚变短，每果荚种子数减少，种子变大。叶片总可溶性糖增加，淀粉含量下降。