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ALK和Wx是影响稻米蒸煮食味品质的两大关键基因,分别控制稻米的糊化温度(Gelatinization Temperature,GT)和直链淀粉含量(Amylose Content,AC)。这两个基因在自然界中存在的多个等位变异是导致稻米品质差异的主要原因。研究这两个基因的等位基因的不同组合之品质效应能够进一步加深对稻米品质形成的理解,并为优质稻米育种实践提供指导意义。本研究首先通过对399份水稻种质的ALK基因进行测序进一步明确了ALK基因的序列差异,利用基因组关联分析的方法明确了ALK基因的功能位点,此外,还利用238份国际稻水稻群体及分子标记鉴定,明确了ALK等位基因在不同水稻亚种中的分布情况,其次通过构建近等基因系验证ALK主要等位基因的功能差异及其对稻米品质(糊化温度)的效应。同时将ALK和Wx基因的主要等位变异进行聚合,利用近等基因系进一步验证ALK和Wx基因主要等位变异的不同组合对稻米品质的影响;此外,还利用灌浆期高温处理实验探究了不同ALK和Wx基因等位变异组合株系的品质形成对高温响应的异同。这些研究可以为全球变暖大环境下的优质水稻分子设计育种提供重要的决策依据。主要研究结果如下:1.栽培稻中主要存在三种ALK基因的等位变异,即控制稻米低GT的ALKa(737-Met,781-Leu)和ALK(737-Val,781-Phe),以及控制高 GT 的 ALKc(737-Val,781-Leu)。其中 ALKa和ALKb原被归为同一类SSIIaj。本研究分析了ALKa和ALKb在399份水稻品种中的分布情况,其中63.2%的ALKa(A-GC)存在于粳稻中,而91.3%的ALKb(G-TT)存在于籼稻中。进化分析表明ALK基因的这两个低GT等位变异是分别由控制高GT的等位基因ALKc独立进化而来的。这两个ALK等位基因中的氨基酸替换导致基因的表达量降低,但是,ALKb的GT要低于ALKa,也就是说,ALK中Phe/Leu要比Met/Val的等位变异类型对GT的降低效应更显著。反映GT的热力学参数(To、Tp、Tc、△Hgel)受淀粉结晶区精细结构的影响,DSC结果表明热力学特性与短支链(DP 6-11,Degree of Polymerisation)的含量有关,而与直链淀粉含量相对应的结晶区比例无关。基于凝胶渗透色谱(GPC)和高效阴离子交换色谱(HPAEC)的淀粉精细结构分析表明,相对于其它两个ALK近等基因系水稻,NIL(ALKb)稻米淀粉的短链(DP6-12)和中间链(DP13-21)明显减少。由于支链淀粉中DP>10的部分易与蛋白质和脂类形成双螺旋结构进而导致高糊化特性,这正是淀粉精细结构影响GT的主要原因。2.将不同Wx等位基因(Wxa、Wxb和wx)与ALK等位基因(ALKa和ALK)进行聚合,创建了含有ALK和Wx基因不同等位变异组合的近等基因系。含Wxb近等基因系稻米的胶稠度(Gel Consistency,GC)极显著高于wx和Wxa背景下的近等基因系,高AC的Wxa背景下两个ALK近等基因系稻米的胶稠度都极显著降低。在非糯材料中,GT较高的ALKc近等基因系稻米的胶稠度数值要高于GT较低的ALKa型的近等基因系。3.在相同的Wx背景下,ALKc型稻米的GT极显著高于ALKa型;在相同的ALK背景下,wx和Wxb型稻米的GT差异不大,而Wxa型稻米的GT极显著低于wx型和Wxb型的近等基因系。这表明在直链淀粉含量差异较大的材料中,稻米GT与AC之间存在一定的负相关性。4.稻米的RVA(Rapid Viscosity Analyzer)谱分析结果表明,Nip-Wxa背景下ALK基因近等基因系稻米的崩解值较小,消减值较大(食味较差);Nip-Wxb和Nip-wx背景下的ALK近等基因系稻米的崩解值较大,消减值较小(食味较好)。在相同Wx背景下,ALK等位基因主要影响稻米RVA谱的起浆温度,但对稻米崩解值和消减值的影响不显著。这部分结果进一步明确了这两个品质相关主效基因的等位变异对不同稻米品质性状的效应,即直链淀粉含量和胶稠度主要受Wx基因控制,糊化温度和淀粉粘滞性受ALK和Wx基因共同调控。5.在灌浆结实期高温条件下生长的稻米普遍表现出难以糊化的特征,因而稻米热力学特性的改变可能是导致高温条件下稻米蒸煮食用品质下降的原因之一。结果表明,ALKc型稻米的糊化温度受灌浆期高温的影响要小于ALKa型的稻米,GT与AC对高温的响应呈负相关,这可能由于直链淀粉和支链淀粉合成过程中相关淀粉合成相关酶类(Starch Synthesis Related Enzymes,SSREs)对底物的竞争导致的。在中低直链淀粉含量的Nip-Wxb背景下,高温条件下ALK近等基因系稻米的表观直链淀粉含量显著低于常温条件下的样品;而糯稻Nip-wx背景下,高温条件下ALK近等基因系稻米的表观直链淀粉含量则较常温条件有所上升。对不同温度条件下的ALK近等基因系稻米的直链淀粉含量差异进行比较,可知ALKc的近等基因系稻米直链淀粉含量受高温影响的变化幅度要大于ALKa的近等基因系。高温条件下,两种Wx遗传背景下的ALKa型稻米的胶稠度减幅较小,而ALKc型稻米的胶稠度减幅较大。灌浆结实期高温对稻米淀粉的链长分布和淀粉粒形态影响较大,主要表现为,高温处理后淀粉的直链淀粉含量以及支链淀粉中的A链和短B链含量下降,长B链比例增加,这可能是高温条件下稻米GT上升的主要原因。