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分子植物育种
(
网络版
), 2012
年
,
第
10
卷
,
第
1422
-
1430
页
Fenzi Zhiwu Yuzhong (Online), 2012, Vol.10, 1422
-
1430
http://mpb.5th.sophiapublisher.com
1423
fragments, including only one
japonica
hybrid material, the fragments of which parents were diffenent. The results indicated that
genetic differential of the sequence of
AGPsma
has not yet appeared in the wild rice, but it appeared between indica and
Japonica
and between Yunnan landraces and improved lines.
Keywords
ADP-glucose pyrophosphorylase;
AGPsma
, Cultivated rice; Wild rice; Genetic differential
研究背景
水稻为世界三分之一以上人口提供粮食和能量，
是我国最重要的粮食作物，也是世界上最重要的粮食
作物之一。随着人口的不断增加和耕地面积的不断缩
减，以及人民生活水平的不断提高，对粮食的需求及
对品质的要求将愈来愈高。要想提高水稻的产量在
很大程度上依赖对水稻，特别是野生稻中丰富基因
资源的开发和持续利用
(
卢宝荣
, 1998)
。
水稻所隶属的稻属包含
22
个种
(
朱其慧
, 2005)
，
其中有
2
个栽培种，即亚洲栽培稻
(
O. sativa
)
和非洲栽
培稻
(
O. glaberrima
)
。非洲栽培稻仅在非洲种植，亚
洲栽培稻在世界各地广泛栽培。稻属的一年生野生稻
(
O. nivara
)
和多年生野生稻
(
O. rufipogon
)
，分布于亚
洲热带和亚热带地区，与栽培稻具有相同的基因组
型
(AA
基因组
)
，被认为是亚洲栽培稻
(
O. sativa
L.)
的
祖先种
(
段世华等
, 2009)
。除
AA
基因组的野生稻外，
稻属还包括其它基因组的野生稻，如
CCDD
基因组
的大颖野生稻等。
亚洲栽培稻迄今已经有一万一千多年的栽培
驯化历史
(Normile, 1997)
，在其栽培驯化过程中由
于适应不同的农业生态环境和人工的共同选择形
成了丰富的遗传多样性和明显的遗传分化，如：籼稻
(
Indica
)
-粳稻
(
Japonica
)
分化
(Vaughan et al., 2008;
Lu et al., 2002;
刘克德等
, 1995)
，水稻-旱稻分化
(
王
一平等
, 2007)
和粘稻-糯稻分化
(Olsen et al., 2006)
。
在栽培稻的遗传分化中，籼稻和粳稻的遗传分化最为
重要，产生了适应不同生态环境种植的类型
(Mori-
shima and Oka, 1981)
。因生境不同而带来的丰富的
稻种资源又是栽培稻进一步改良的物质基础，而优
异的稻种资源的利用是水稻育种取得突破性进展
的关键之一。
淀粉是稻米的主要成分，占稻米干重的
90%
左
右，是决定水稻籽粒产量和稻米品质的关键因素。淀
粉生物合成和积累的过程发生在稻米淀粉体中，并在
一系列酶的催化作用下形成。在水稻中参与这一反应
的酶约有
33
种，其中
ADP
-葡萄糖焦磷酸化酶
(ADP-
glucose pyrophosphorylase, AGPase)
起着重要作用。
它的主要功能是把葡萄糖转变为合成淀粉的底物
ADP
葡萄糖
(Amir and Cherry, 1972)
，它是植物代谢
活动向淀粉合成方向发展涉及到的第一个关键酶，
它催化
Glc
-
1
-
P
和
ATP
生成的
ADP
葡萄糖将作为
淀粉合酶的底物参与直链淀粉和支链淀粉的合成
(Okita, 1992)
。研究表明，
AGPase
是淀粉合成的限
速酶，与籽粒灌浆速率具有相关性
(
杨建昌等
, 2001;
Greene and Hannah, 1998;
潘晓华等
, 1999)
，但不影响
淀粉的结构和组成
(
朱昌兰等
, 2002)
。导入
AGPase
基
因的粳稻转基因株系的产量显著高于对照
(
高照等
,
1999;
刘吉新等
, 2001;
宋敏等
, 2001)
。研究发现将
E.coli
中编码
AGPase
的基因
glgC
-
TM
导入多个水
稻品种，此基因编码的
AGPase
不受
Pi
抑制，而受
3
-
PGA
正调控，发现可以提高籽粒中淀粉的合成，
并改进水稻产量性状
(
林鸿生等
, 2002)
。高等植物中
的
AGPase
是由
2
个大亚基和
2
个小亚基构成的异
型四聚体，此酶催化部位位于小亚基，而调节部位
位于大亚基上
(Smith-white and Presis, 1992)
。在不
同的水稻品种中小亚基基因
(
AGPsma
)
可分为
4
种
等位基因
(
田志喜等
, 2010)
。
本研究以包括籼稻和粳稻亚种的亚洲栽培稻
和
AA
、
CCDD
基因组的野生稻为实验材料，基于
PCR
技术，分析了不同水稻种质间
ADP
-葡萄糖焦磷酸化
酶小亚基基因
(
以下简称
AGPsma
) PCR
片段的特点，
为发掘淀粉合成方面的优异水稻种质提供理论参考。
1
结果分析
1.1
AGPsma
的
PCR
扩增结果及序列相似性分析
AGPsma
的
PCR
引物在元江野生稻、
93
-
11
、南
34
和榆密
15
这
4
份种质材料中扩增出
2
个片段，其
大小分别为
184 bp
和
215 bp (
图
1)
。这
4
个种质材料
扩增出的片段与
NCBI
登记的
9308
和苏御糯这
2
个
品种的序列的相似度最低达
99%
，最高达
100%
。其
中元江野生稻与品种
9308
的序列比对相似度为
100% (
图
2)
；榆密
15
与品种
9308
的相似度与元江野
生稻与这一品种的相似度相同
(
图
3)
；
93
-
11
与品种
9308
相似度为
99% (
图
4)
；南
34
与品种苏御糯的相
似度分别为
100% (
图
5)
。结果说明本研究所用
PCR
引物得到的这
2
个片段均为
AGPsma
的序列。