小麦籽粒淀粉空间分布规律及其形成机制探究

【作者】 仲迎鑫； 陈玉华； 潘明升； 周琴； 蔡剑； 王笑； 姜东；

【机构】 南京农业大学/国家小麦生产技术创新中心；

【摘要】 【研究背景】小麦籽粒不同部位胚乳中的化学组分存在明显的异质性,由外向内形成了明显的浓度梯度,导致不同部位面粉的加工品质存在明显差异。关于小麦籽粒淀粉空间异质性的形成机制可能有以下几种假说:(1)籽粒不同部位淀粉合成底物(蔗糖)的供应存在空间差异;(2)籽粒中淀粉合成底物的运输路径存在差异;(3)籽粒不同部位淀粉的合成能力存在显著性差异。【材料与方法】我们采用分层磨粉技术,将小麦籽粒从外向内进行逐层磨粉,并对每一层面粉的加工品质进行了测定。同时,通过激光捕获显微切割技术分离花后9天、12天、15天、19天籽粒的糊粉层,外胚乳,内胚乳和转移细胞,并对上述组织进行了转录组学和代谢组学的分析。【结果与分析】结果表明,淀粉及其组分含量从外层到内层逐渐增加,直支比则呈现降低趋势,A型淀粉粒(>10μm)数目增多,B型淀粉粒(<10μm)的数目降低。淀粉及其组分的含量差异导致了不同部位面粉的烘焙品质不同。外胚乳层面粉中的淀粉含量较低,形成的面团强度过大,不利于饼干的制作;而内胚乳层的面粉峰值粘度、低谷粘度、最终粘度值均高于其他部位,糊化温度则显著低于其余层次,所制作的饼干品质最优。糖类运输相关基因主要在转移细胞中表达,与糊粉层相比,在不同灌浆时期分别有22、14、11、8个基因在转移细胞中显著上调表达,且转移细胞中蔗糖的含量显著高于其余组织,说明糖类卸载到胚乳腔后,主要通过转移细胞经由内胚乳、外胚乳、向糊粉层运输。与糖代谢及淀粉合成相关的基因在糊粉层中表达量均显著低于外胚乳和内胚乳,导致糊粉层中的淀粉含量比胚乳中低31.2%。内外胚乳相比,与糖代谢相关的关键基因如sucrosesynthase、beta-amylase、G1Padenylyltransferase在花后9天内胚乳中表达量上调;而淀粉合成相关基因中,starch synthase I和starch branching enzyme I的表达量在内胚乳中表现为上调,导致内胚乳中支链淀粉含量更高。【结论】本结果有助于更加全面地了解小麦籽粒不同部位淀粉的合成机制和蔗糖转运途径,为定向调控籽粒淀粉空间分布提供理论基础,并为优质专用小麦的生产提供了分子靶标。更多还原