直链淀粉的合成及Wx基因调控研究

2023-06-20 理论教育版权反馈

【摘要】：24 h后，60%以上的放射性标记的ADP葡萄糖存在于直链淀粉之中。可见，直链淀粉合成是GBSS特有的功能，原因还有待深入研究。水稻胚乳中的直链淀粉是由颗粒性结合淀粉合成酶催化合成的。因为直链淀粉含量不仅影响稻米的加工品质，而且是蒸煮等食用品质的重要决定因素，所以Wx基因表达调控研究一直备受关注。OsGBSSII主要在叶片中表达，负责水稻叶片中直链淀粉的合成。

水稻直链淀粉含量是决定稻米蒸煮品质和食用品质的关键因子之一，是由位于第6染色体上的蜡质（Wx）基因编码颗粒性结合型淀粉合成酶（GBSS，也称为Wx蛋白）催化合成的。

目前水稻还没有发现缺少支链淀粉的突变体，但许多物种均有缺少直链淀粉的突变体，如单子叶植物中玉米、大麦、小麦和水稻，双子叶植物中的马铃薯、碗豆和觅菜。缺少直链淀粉的突变体其颗粒性结合淀粉合成酶（Granule Binding Starch Synthase，GBSS）没有活性或活性发生了改变，这与颗粒性结合淀粉合成酶缺失或突变是相一致的，所有这些突变体淀粉粒数量和支链淀粉结构与野生型品种相同。可见，直链淀粉是由GBSS催化合成的，且直链淀粉是在支链淀粉之后合成的。Van de Wal等（1998年）利用衣藻淀粉粒进行淀粉合成的放射性跟踪试验，结果发现0.5 h内带放射标记的ADP葡萄糖位于支链淀粉结构中，然后慢慢地流向直链淀粉。24 h后，60%以上的放射性标记的ADP葡萄糖存在于直链淀粉之中。这表明，GBSS利用支链淀粉作为底物合成直链淀粉，当链延长一定程度时通过剪切机制（分支酶作用等）形成成熟的直链淀粉。GBSS与SSS一样，都是通过α-l，4糖苷键延长葡聚糖链，但是GBSS延长的直链淀粉没有分支或分支极少。有研究者认为GBSS位于淀粉粒中，所以它合成的链不可能与分支酶接触，故不形成分支。但是，虽然大部分淀粉合成酶和分支酶属于水溶性的，但也有少量的颗粒结合型，但它们不能合成直链淀粉。可见，直链淀粉合成是GBSS特有的功能，原因还有待深入研究。

水稻胚乳中的直链淀粉是由颗粒性结合淀粉合成酶催化合成的。GBSS或Wx蛋白紧密地结合在淀粉粒上，分子量为60 kDa，由Wx基因编码。因为直链淀粉含量不仅影响稻米的加工品质，而且是蒸煮等食用品质的重要决定因素，所以Wx基因表达调控研究一直备受关注。Wang等（1990年）于1990年克隆水稻Wx基因，该基因由14个外显子和13个内含子组成。推测Wx基因的成熟蛋白由609个氨基酶组成，其中包含一个长度为77氨基酸的转运多肤。与大麦、玉米等单子叶植物相比，水稻Wx基因第一内含子较大（1.1 kb）。Wx基因的表达是组织特异性的，它仅在水稻的胚乳、花粉和胚囊中表达。依据非糯品种的颗粒性结合淀粉合成酶含量的高低，Wx位点可分为Wxa、Wxb两个等位基因。Hirano等（2000年）通过免疫杂交分析，比较了水稻Wx基因在花粉和胚乳中表达差异，结果发现：在这两个组织中Wx基因的剂量效应依赖于Wxa和Wxb的共同作用；在花粉和胚乳中，Wxa蛋白量大约是Wxb蛋白量的10倍；在低温条件下，Wxa表达增加，而Wxb几乎不受影响。Wx基因的表达调控也是发育时期专一性的。Northem杂交显示，Wx基因在授粉后13～8 d表达最多，此后则几乎不再表达。在基因大量转录时，Wx蛋白分子呈直线上升。

Dian等（2003年）发现了另一种水稻里颗粒性结合淀粉合成OsGBSSII，并克隆了编码该酶的全基因序列。水稻OsGBSSII与其他植物GBSS氨基酸序列的同源性为62%～85%，其外显子和内含子结构与OsGBSSI相似。OsGBSSII主要在叶片中表达，负责水稻叶片中直链淀粉的合成。氮、氨水、氨基酸（谷氨酸或谷氨酸盐）、氨基葡萄糖或暗条件等因素可抑制OsGBSSII的表达，OsGBSSII的表达受生理节奏调控。

直链淀粉的合成及Wx基因调控研究

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