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谷子是我国重要的杂粮作物。小米黄色素的主要成分为类胡萝卜素,类胡萝卜素的含量及其组成成分影响着小米米色,一般认为米色越黄,小米品质越好。类胡萝卜素裂解双加氧酶(CCDs)在植物类胡萝卜素降解途径中起关键作用,通过对谷子SiCCD1进行深入研究,明确基因功能,为改良小米类胡萝卜素代谢,提高小米品质奠定基础。本研究以白色小米品种(支生谷和牛毛白)和黄色小米(晋谷21和长农35)品种为试验材料,对比分析其不同发育时期米色、总类胡萝卜素及组成成分含量差异;对小米籽粒不同发育时期SiCCD1基因的表达模式进行分析;并克隆得到4个品种中SiCCD1CDS及启动子序列,分析其序列差异;构建原核表达载体,分离纯化得到SiCCD1蛋白,并进行体外降解叶黄素和玉米黄质酶促反应试验,明确小米籽粒中SiCCD1蛋白作用底物;同时构建植物表达载体,转化拟南芥植株,筛选得到转基因拟南芥植株。从生理生化和分子水平揭示小米中类胡萝卜素降解的分子机制,主要研究结果如下:1.利用色差仪对黄色和白色不同发育阶段的小米米色进行测定发现:黄色和白色小米品种米色存在显著的品种差异,b*值可以表征小米米色黄度值。对小米总类胡萝卜素及其组成成分含量差异比较发现:小米中类胡萝卜素的主要成分为叶黄素;黄色小米品种叶黄素和玉米黄质含量均显著高于白色小米,随着籽粒成熟,两种组分含量均下降,甚至在白色小米籽粒灌浆末期检测不到玉米黄质的存在。同时,米色黄度指标b*值也与小米籽粒总类胡萝卜素含量、叶黄素和玉米黄质含量表现出不同程度的正相关性。2.采用荧光定量PCR对不同发育阶段小米SiCCD1基因的表达模式进行分析发现:籽粒发育中后期,白色小米品种SiCCD1基因表达量显著高于黄色小米品种,尤其在小米转色关键S3时期,牛毛白中SiCCD1基因的表达量是长农35表达量的11倍;相关性分析表明:小米籽粒发育后期,SiCCD1基因表达量与总类胡萝卜素及其主要成分叶黄素含量呈极显著负相关,与玉米黄质含量呈负相关关系。SiCCD1在白色小米品种籽粒灌浆中后期的高表达量,是造成其总类胡萝卜素及组分含量减少的主要原因之一。3.对4个小米品种SiCCD1基因CDS及启动子序列进行克隆及比对分析发现:谷子中SiCCD1基因CDS全长1638 bp,编码545个氨基酸;与其他三个品种相比,牛毛白第511位氨基酸的突变使其蛋白质三级结构发生改变;白色小米SiCCD1基因启动子序列中存在一个与缺氧特异性诱导相关的增强子样元件。4.构建了pMAL-c5x-SiCCD1原核表达载体,通过优化蛋白诱导条件,成功诱导可溶性SiCCD1蛋白表达,体外酶促反应结果显示SiCCD1蛋白主要作用于叶黄素;成功构建PGKPGWG-SiCCD1超表达载体,转化拟南芥植株,并筛选得到转基因拟南芥植株。