淀粉分支酶的突变对小麦淀粉结构及功能特性的影响

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小麦是全世界主要的粮食作物之一,小麦粉主要由淀粉组成,淀粉约占其总含量的70%-80%,淀粉主要由直链淀粉、支链淀粉组成。快速消化的淀粉意味着体内的高血糖反应,这增加了我们患有2型糖尿病的风险。将淀粉精细结构中直链淀粉的含量升高,可加强营养成分,降低人体内的消化率,并可能增加膳食纤维(由抗性淀粉为主要成分)的摄入量。而淀粉分支酶(SBE)对淀粉结构,尤其是直链淀粉含量有重大影响。因此研究阐明SBE对淀粉精细结构作用机制,对谷物“培优”育种工作有着重要意义。本研究通过定向诱导基因组局部突变技术(TILLING)获得的淀粉分支酶sbe2a、sbe2a/2b纯合突变体小麦样品,研究突变体小麦淀粉的一维/二维精细结构与糊化特性、粘滞特性、晶体结构。以此探究淀粉分支酶的突变对小麦淀粉结构及功能特性的影响。主要研究结果如下:1.淀粉分支酶突变产生的高直链淀粉小麦的一维结构与功能特性抗性淀粉是一种能对抗肠道消化的非升糖淀粉,被认为是膳食纤维。在植物中,增加直链淀粉含量是一种很有效的方法抵抗酶的消化。高直链淀粉小麦的结构与特性及其所带来的影响知之甚少。通过TILLING技术获得的sbe2a、sbe2a/2b纯合突变体小麦,其直链淀粉含量从37%到93%。与sbe2a突变体相比,sbe2a/2b双突小麦导致直链淀粉含量更高,长支链淀粉(聚合度20<DP<100)与直链淀粉的比例显著增加。与野生型淀粉相比,高直链淀粉表现出明显的颗粒形态和结晶模式,具有更高比例的B型和V型多晶型物(直链淀粉复合物)。高直链淀粉的糊化行为大大降低峰值温度(Tp)较高,但糊化起始温度(To)并未因突变而大大提高。结果表明,根据食品加工条件的要求,可以根据小麦直链淀粉含量选择不同的功能和抗性淀粉特性。2.2D-SEC揭示淀粉分支酶对小麦精细结构的影响淀粉分支酶(SBE)负责确定谷物胚乳中的淀粉分子结构。一种野生型小麦淀粉(RS01)和两种高直链淀粉SBE突变淀粉(RS101是sbe2a突变体;RS100是sbe2a/2b突变体)的二维(2D)结构分布,两个维度是大分子大小和支链长度。这结合了化学分级分离(产生单独的支链淀粉和富含直链淀粉的级分)、酶脱支和离线尺寸排阻色谱以及多重检测以获得数据。这提供了关于SBEⅡa和SBEⅡb如何影响直链淀粉和支链淀粉的链长分布(CLD)和大分子大小的新信息:SBEⅡa负责合成支链淀粉短链与超长链以及中间成分DP(Xde~8-20;501-1995),SBEⅡa纯合突变可以提高直链淀粉的含量和链长。SBEⅡb负责主要合成支链淀粉中链,可能参与了 DP(Xde~10-16)处中间成分的合成(不显著)。小麦sbe2a/2b突变可以显著提高直链淀粉的含量和链长;显著增加中间组分,这主要是由于中间组分无法进一步合成支链淀粉。
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