淀粉是水稻胚乳中最主要的成分,占稻米干重的80%以上。胚乳淀粉的组成和结构是决定稻米品质的重要因素。稻米外观品质是影响稻米商品价值的重要指标,其直接影响稻米在市场上的受欢迎程度。垩白是影响稻米外观品质的重要指标,其遗传调控非常复杂,不仅受内源基因的调控而且还存在复杂的基因与环境互作的调控方式。此外,还涉及水稻源库流的协调。因此,水稻垩白性状一直以来都是稻米品质遗传改良的重点和难点。ADP葡萄糖焦磷酸化酶(AGPase)是参与淀粉合成的关键酶和限速酶,其突变往往对胚乳淀粉合成和稻米品质产生重要影响。在前期研究中,我们通过化学诱变方式获得了一个水稻心白突变体agpl2,通过图位克隆和测序分析发现控制心白突变性状的候选基因为编码水稻AGPase的一个大亚基OsA GPL2基因,agpl2突变体中OsAGPL2基因编码区发生了一个单碱基突变。本研究系统分析了 agpl2突变体稻米的品质特性和造成心白性状的可能机理,主要结果如下:1、序列分析表明突变体中OsAGPL2基因第9外显子上一个碱基由G突变为A,该突变造成了甘氨酸到丝氨酸的变异。农艺性状调查表明,突变体植株较野生型在株高和分蘖数等方面没有显著变化。但突变体稻米表现出极高的垩白粒率和垩白度。此外,突变体的粒长和粒宽稍有增加。通过互补试验,将OsAGPL2过表达构建导入agpl2突变体,发现籽粒胚乳恢复透明,验证了垩白表型是由OsA GPL2基因位点突变所导致的。2、稻米结构分析表明,agpl2突变体为心白突变,胚乳两端透明,心部不透明。扫描电镜观察显示,野生型稻米淀粉颗粒为规则的多面体且淀粉粒之间结合紧密。突变体籽粒透明部分淀粉粒排列规则且紧密,但籽粒中垩白部位淀粉颗粒排列松散,形状不规则,小颗粒较多。通过淀粉粒径分析发现,agpl2淀粉粒的平均粒径显著减小,大淀粉粒的比例明显降低。籽粒灌浆速率分析表明,突变体agpl2较野生型灌浆速率前期较慢但在后期表现出增加的趋势。随着籽粒灌浆的进行,野生型淀粉粒体积增大,形状逐渐规则且排布紧密;突变体agpl2的淀粉粒从灌浆后期开始与野生型出现明显差异,淀粉粒小且形状多呈椭圆形,彼此间空隙较大。3、稻米理化品质分析表明,与野生型对照相比,突变体稻米的蛋白质含量没有显著差异,但是总淀粉含量下降,表观直链淀粉含量上升,胶稠度下降,淀粉粘滞性上升,糊化温度增加,热焓值降低。淀粉精细结构分析表明,突变体agpl2支链淀粉中聚合度(DP)为5-12的短链比例减少,而聚合度(DP)为12-37的支链比例增加,支链淀粉分支度增加。晶体结构分析表明突变体agpl2淀粉的结晶度下降。对花后不同时期FACE分析表明突变体agpl2较野生型分支度一直较高,短支链淀粉含量少而中长链淀粉含量多。4、系统分析了突变体中AGPase各亚基编码基因和其它淀粉合成酶基因的表达特性,结果表明突变体中AGPase各亚基编码基因均有上调,可溶性淀粉合成酶编码基因OsSSI和OsSSIVb表达呈下调趋势;淀粉分支酶编码基因OsBEIIb除花后15天表达上调外,其他时期均低于野生型;灌浆中后期OsSIIa、OsGBSSI、OsBEI、OsISAI、OsPUL表达量上调。Western杂交分析表明OsAGPL2蛋白丰度稍有增加,酶活性定量分析表明突变体agpl2中AGPase酶活性增加。进一步通过酵母双杂分析发现,突变体OsAGPL2蛋白自我结合力减弱而OsAGPL2与OsAGPS2b间的结合力增强。