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淀粉不仅是人类的能量来源,而且是重要的工业原料。马铃薯淀粉由于其优良的加工性能,因而被广泛应用于食品,建筑,石油开采和其它领域。现有的主栽马铃薯品种淀粉含量较低,选育适合栽培的高淀粉含量马铃薯加工型品种的工作迫在眉睫。马铃薯是同源四倍体,遗传分离复杂,运用常规育种方法培育高淀粉含量的马铃薯品种难度极大。近年来,随着人们对淀粉生物合成途径的深入研究,使得运用基因工程技术调控淀粉合成中相关酶的活性,从而提高马铃薯块茎淀粉含量成为可能。研究表明,腺苷酸二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(AGPase)是马铃薯淀粉合成过程中的限速酶。
为了通过基因工程途径提高马铃薯淀粉含量,本实验室运用基因工程途径,将编码大肠杆菌腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶的glgC基因转入马铃薯中,完成了重组glgC基因在马铃薯体内的转化,获得了14个PCR阳性转化子。为了研究重组glgC基因对转化子表型的影响,本研究以14个转化子作为实验材料,测定其苗期光合速率、叶绿素含量、叶片蔗糖含量,微型薯淀粉含量、淀粉酶活力,初步检测了淀粉组成和淀粉粒形态,比较分析了不同重组glgC转化子苗期光合作用和微型薯淀粉积累指标,明确了重组glgC对光合作用及淀粉积累的影响以及光合作用与淀粉积累之间的联系。
研究结果表明,14个转化子的光合速率、叶绿素含量、叶片蔗糖含量与其对照无显著差异,由此表明,重组glgC没有对不同转化子光合作用主要指标产生显著影响;各转化子微型薯淀粉含量均显著高于其对照,其中,PCB2B转化子的淀粉含量最高,达到了20.33%,比对照提高了9.05%。PC-PG转化子淀粉含量为14.73%,高于其对照12.02%,这表明重组glgC对淀粉含量产生显著影响。
各转化子与其对照微型薯淀粉酶活力存在显著差异,其中W1D2转化子淀粉酶活力最低,为0.52 mg.g-1.30min,低于对照72.45%,W1B13转化子的淀粉酶活力为2.13 mg.g-1.30min,比其对照降低了41.32%,PC-PG转化子淀粉酶活力为2.03mg.g-1.30min,比其对照降低了45.72%。淀粉粒观察结果表明,重组glgC对各微型薯的淀粉粒形状、脐点、轮纹无显著影响;淀粉组成定性测定表明,PC-PG、PCB2A、PCB2B、PCB2C、PCB1-2、PC-GB、PC-GC、PC-GD、W1B2、W1B5、W1B13转化子与其对照颜色无明显区别;PCB1E、W1D2、W1B9与其对照颜色有明显可见区别,由此表明,重组glgC表达改变了其淀粉组成。
重组glgC对不同转化子光合作用主要指标无显著影响的结果表明,插入的外源基因没有造成光合作用相关代谢途径的基因失活;重组glgC对淀粉含量产生显著影响的结果表明,表达重组glgC提高了转化子淀粉积累;因重组基因中包含有抑制直链淀粉合成的基因(GBSSI),转化子PCB1E、W1D2、W1B9微型薯支链淀粉合成增加,与预期结果一致。
重组glgC对不同转化子光合作用主要指标无显著影响,但对转化子淀粉合成相关代谢产生显著影响表明,微型薯淀粉积累的增加不是由于光合作用提高所致,可能是由于提高了AGPase活力,导致淀粉积累增加;转化子淀粉酶活力改变的原因、GBSSI抑制、glgC表达及AGPase活力有待进一步的研究证实。