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水稻是世界上重要的淀粉作物之一。淀粉作为稻米的主要成分,其直链淀粉和支链淀粉的组成,直接影响到水稻的食味品质,以及作为工业原料的开发。随着淀粉合成相关酶基因或片段的克隆,转基因技术已经日趋成熟,基因工程改良支直链淀粉含量已经成为研究热点。
本研究是以粳稻中花11为材料,在实验室已取得的大量RNA干涉水稻淀粉合成酶转基因植株的基础上,以SSS1,SBE1,SBE3与SBE4这四个在支链淀粉合成中起主要调控作用的淀粉酶基因为敲除目标,继续使用RNA干涉技术进行共同和单独干涉,通过抑制目的基因的表达,达到改变水稻中淀粉组成的目的。利用分子手段和常规分析手段,比较对照亲本与转化植株之间、单干涉与多干涉转化植株之间的表观和分子水平之间的差异,证实和探明各酶在淀粉合成中的作用及互作效应。在此基础上,利用水稻建立RNA干涉改变作物淀粉组成的模式体系,为将来在更多的作物中开展相关工作提供相应的技术支持。主要研究结果如下:
(1)本研究以粳稻中花11为材料,克隆得到SSS1基因全长,其序列与GenBank上已发表的序列(登录号为AKl09458.1)同源性为99%以上。
(2)本研究根据水稻SSS1,SBE4基因的序列,选取其中编码区的序列,与之前构建的SBE1和SBE3双干涉片段连接,构建出四基因干涉载体,通过酶切和测序鉴定载体构建成功。
(3)通过农杆菌介导将干涉载体转入到对照植株中花11中,经PCR鉴定分析,有59株SSS1,SBE1,SBE3和SBE4四个基因干涉单株成功整合入目的片段。对T0代成熟种子的直链淀粉含量为8.634%~22.751%,相对于对照中花11的16.088%,其变化范围为-34.041%~41.412%。对T0代植株的潮霉素抗性筛选显示其中7株水稻转基因可能以单拷贝形式整合,其余植株是多拷贝形式整合。证明目的片段能够稳定遗传,且RNAi技术可用于抑制淀粉酶基因以改变水稻中淀粉的组成。
(4)对转基因植株进行半定量RT-PCR和酶活分析表明,SSS1,SBE1,SBE3和SBE4四个基因RNA表达量和酶活性都有不同程度的降低,说明RNA干涉作用明显。在此情况下出现植株不育和直链淀粉含量没有规律上下浮动,说明淀粉分支酶和可溶性淀粉合成酶在淀粉合成中起重要作用,且各同工酶之间互作效应复杂。