一个调控水稻籽粒淀粉合成新基因的图位克隆、功能分析及价值评估

Starch is the main composition of rice seeds, accounting for more than 80% of the total weight of seeds; the structure and chemical and physical properties of starch in rice seeds is very important for eating quality of rice. Further study of the molecular mechanism of starch synthesis is useful for high yield and good quality breeding. Floury endosperm results from mutation of FLOURY genes, regardless of whether these genes directly or indirectly participate in starch synthesis. Isolate and clone these FLOURY genes are helpful for our understanding the molecular mechanism of starch synthesis. In earlier stage of this research, we found a floury endosperm mutant. The floury mutant shows lower total starch content and different distribution of starch chains in rice endosperms. Genetic analysis indicated that monofactorial recessive gene controlled floury inheritance in the mutant. By extreme individual mapping method, we had restricted the candidate gene to about 90.8kb between InDel markers In18 and In16 on rice chromosome 6. Gene predicting indicated no allele conflicts with any rice floury genes reported. So we believe that it is a novel gene conferring rice floury endosperm. The project intends to separate the floury gene via map-based cloning method, study the function of the floury gene on starch synthesis pathway and estimate breeding value of the floury gene.

淀粉是水稻种子中最主要构成成分，占种子总重量的80%以上，其结构、物理化学性质是稻米食味品质的决定性因素。因此，研究淀粉生物合成过程的分子机制对高产优质育种具有重要指导意义。水稻粉质胚乳基因是一类突变后可导致水稻胚乳呈现粉质不透明外观表型的基因，这类基因直接或者间接的参与淀粉合成。分离和克隆粉质胚乳基因有利于我们进一步了解淀粉合成的分子机制。本项目前期发现了一个水稻粉质胚乳突变体，该突变体总淀粉含量下降，淀粉链长分布发生改变。遗传分析表明，该突变性状受一对隐性单基因控制。通过极端个体定位方法，已将该基因定位在水稻第7染色体InDel标记In18和In16之间约90.8kb范围内。基因预测表明，此定位区间与已报道的粉质胚乳基因均不等位，因此断定该基因为一个新的水稻粉质胚乳基因。本项目拟通过图位克隆的方法分离该突变基因，并分析其在淀粉合成途径中的作用，评估其应用潜力。

淀粉是高等植物储能的主要形式。水稻粉质胚乳基因是一类突变后可导致水稻胚乳呈现粉质不透明外观表型的基因，这类基因直接或者间接的参与淀粉合成。分离和克隆粉质胚乳基因有利于我们进一步了解淀粉合成的分子机制。在本项目中，我们发现了一个新的水稻胚乳突变体ospk2，其表现出明显的千粒重下降、淀粉含量降低和淀粉理化性质改变,正常淀粉复合物颗粒明显减少等。通过图位克隆的方法分离到了OsPK2,其编码了丙酮酸激酶(PK, ATP:丙酮酸2-磷酸转移酶, EC 2.7.1.40)，催化糖酵解的不可逆步骤。OsPK2在水稻中组成性表达,其蛋白定位在叶绿体中。酶活分析表明表达OsPK2的原核蛋白产物和从野生型组织中提取的粗蛋白均表现出较强的PK活性；然而，突变体中该蛋白活性显著降低。此外，OsPK2突变还会导致多种代谢紊乱。总而言之,这些结果使我们对OsPK2在植物种子发育中的作用有了新的认识，特别是在淀粉的合成、复合颗粒的形成和籽粒的填充等方面具有重要意义。