摘要
稻米品质是消费者和育种家最为关注的水稻性状之一。淀粉作为水稻胚乳的最主要组分，其组成与结构是稻米品质的重要决定因素。可溶性淀粉合成酶(Soluble starch synthase，SSS)是参与水稻胚乳淀粉合成的重要酶类，对支链淀粉链的延伸、淀粉粒的形态建成和支链淀粉与直链淀粉的比例均有显著影响。水稻中共有8种SSS同工型，分别为SSⅠ、SSⅡa(SSⅡ-3)、SSⅡb(SSⅡ-2)、SSⅡc(SSⅡ-1)、SSⅢa(SSⅢ-2)、SSⅢb(SSⅢ-1)、SSⅣa(SSⅣ-1)和SSⅣb(SSⅣ-2)，是已知的所有淀粉合成酶类中同工型最多、功能最复杂的一类。由于相应遗传材料的缺乏，各SSS同工型及其不同突变组合在淀粉与稻米品质形成中的作用尚不完全清楚。本研究在此基础上，计划利用CRISPR/Cas9技术通过构建SSS多敲除载体，创建和筛选获得不同SSS突变组合，进而系统分析不同SSS突变组合对淀粉合成及稻米品质形成的影响，并选取其中优良组合，导入推广品种，为水稻品质改良育种提供理论指导和种质资源。相关研究主要获得以下几点研究结果: 1、目的基因靶位点测序结果显示所有SSS靶位点都出现了突变，且存在多种不同的突变类型，表明CRISPR/Cas9载体在植物体内发挥了作用，所有SSS编码基因均被成功编辑。经过多年、多季加代种植和筛选，在SSS不同同工型的255种突变组合中我们初步获得了98种去除T-DNA插入痕迹的纯合突变系和纯合突变单株，包括7种SSS单突、16种双突组合、24种三突、26种四突、15种五突、9种六突、1种七突。与当前现有的相关报道比较，其中绝大部分突变组合均为自然界中未发现、前人未报道的突变组合。这些结果极大丰富了相关研究的遗传材料，为本研究后续的深入研究打下了坚实的基础，也为实现精确稻米品质改良育种带来了可能。 2、对已有98种突变组合中7种不同SSⅡ的突变组合材料开展了系统的分析。结果显示，SSⅡa、SSⅡb和SSⅡc单独突变及组合突变均会导致籽粒千粒重略有降低，但对水稻株型、穗部性状等其他主要农艺性状无显著影响。AAC、GPC和Wx基因表达结果显示，三者中SSⅡb突变后会导致Wx基因表达和直链淀粉含量(AC)显著降低;SSⅡa和SSⅡc突变后发育籽粒中Wx基因的表达受到影响，但成熟籽粒中AC无显著变化;SSⅡa和SSⅡc双突及SSⅡ三突材料籽粒中AC显著增加，但Wx基因的表达呈现无显著变化或显著降低，推测其AC增加可能是由于支链淀粉合成减少导致的。DSC结果显示，SSⅡb和SSⅡc单独突变后均可小幅的降低稻米糊化温度，且二者降幅类似，均显著低于SSⅡa突变体;在SSⅡ多突材料中，SSⅡa与SSⅡb或SSⅡc对糊化温度下降没有表现出累加效应，而SSⅡb和SSⅡc对糊化温度的影响存在一定的累加效应。HPAEC结果显示，三种SSS同工型突变导致的糊化温度降低主要是由于支链淀粉中A链增加、B1链减少导致的。从RVA数据看，三种SSⅡ同工型突变均会导致RVA谱的变化，但从多突材料的RVA谱中不能总结出一致的变化规律;在所有SSⅡ突变组合中，ssiibssiic突变体表现出崩解值显著增加、消解值显著降低，暗示其食味品质可能有所增加。这些结果为优质稻米育种提供了指导和种质资源。
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