水稻转录因子OsSGL调控淀粉代谢的分子机制

作     者：刘振铭 

作者单位：中南林业科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：林亲录;曹建中;刘也嘉

授予年度：2021年

学科分类：0832[工学-食品科学与工程（可授工学、农学学位）] 08[工学] 09[农学] 083202[工学-粮食、油脂及植物蛋白工程] 0901[农学-作物学] 

主      题：转录因子 淀粉 SUS1 GAPC3 SGL GAPDH 

摘      要：水稻是世界三大粮食作物之一,也是我国的重要粮食资源。随着生活水平的提高,人们不再满足于解决温饱问题,开始追求高品质的稻米。为了满足人们的需求,如何提高稻米品质成为了研究的热点。稻米中主要可食用的部位是胚乳,其中淀粉又是胚乳主要成分。淀粉的含量和结构是决定蒸煮和食味品质的重要因素。尽管淀粉合成通路相关酶类的功能（Starch Synthesis-Related Genes,SSRG）已经知道,但是这些酶类的表达调控并不清楚,因此探讨这些基因的表达调控机制,对提高稻米蒸煮和食味品质具有重要的意义。本研究通过建立水稻抗逆性和粒长（Stress tolerance and Grain Length,OsSGL）基因的过表达和低表达突变体植株,研究OsSGL调控水稻淀粉代谢的机制,主要结果如下:（1）首次发现OsSGL参与淀粉代谢途径的调控。通过测定稻谷外观品质发现OsSGL过表达株系和干扰株系胚乳有明显的垩白。与野生型SR59相比,胚乳腹部的淀粉颗粒小,排列疏松。总淀粉和直链淀粉含量显著下降,蛋白含量上升。OsSGL过表达和干扰株系淀粉的相对结晶度和热力学特性没有发生改变,但是其峰值粘度和最终粘度均低于野生型。（2）OsSGL定位在细胞核中,具有转录激活活性。通过ChIP-Seq分析发现OsSGL过表达植物中OsSGL能够结合6900个染色质区间,尤其在TSS区域富集。对结合区间的基因进行KEGG分析,发现相关富集基因参与了蔗糖与淀粉代谢信号途径。通过酵母单杂、ChIP、双荧光素酶LUC和EMSA等方法证明OsSGL能够绑定蔗糖与淀粉代谢途径中蔗糖合酶OsSUS1的启动子,从而证明OsSGL是一个新型调控淀粉代谢的转录因子。（3）为进一步探讨OsSGL调控淀粉代谢的机制,通过酵母筛库发现糖酵解的关键限速酶OsGAPC与OsSGL相互作用,该作用通过酵母双杂交、BiFC、GST-pull down和Co-IP得到了验证。通过构建OsGAPC3过表达水稻,测其相关品质指标发现,与野生型日本晴相比,OsGAPC3过表达稻米的垩白率增加,粒长和粒宽没有发生变化,总淀粉含量下降,总蛋白含量下降,提示OsSGL可能同时通过糖酵解途径来调控淀粉代谢过程。综上所述,本研究发现OsSGL是一个新型转录因子,通过直接调控SUS转录并与GAPC3互作等调控稻谷淀粉代谢,影响稻谷品质。