基于种子蛋白突变体的高温促进水稻谷蛋白聚合体形成的机理研究

谷蛋白是水稻种子的主要贮藏蛋白，成熟的谷蛋白是异质性的,由多亚基组成,一些谷蛋白亚基之间容易发生聚合作用形成分子大小不同的聚合体，这些大分子聚合体与淀粉结合形成致密的蛋白-淀粉复合结构，对谷蛋白的消化性、热稳定性、凝胶化性及蒸煮食味品质等造成重要影响，但不同谷蛋白亚基参与蛋白聚合体形成时的表现不同。为了揭示谷蛋白聚合体形成的机理及其对稻米品质可能造成的影响，本项目利用通过辐射诱变技术和RNA干涉技术创造的遗传背景近似的种子蛋白质突变体为材料，通过提取分离不同聚合形态的谷蛋白聚合体，分析谷蛋白聚合体在不同灌浆温度、不同突变材料中的形成过程和积累状况，明确组成谷蛋白的各亚基的聚合与解离特性，阐明谷蛋白聚合体形成的机理及其稳定性条件，分析谷蛋白前体翻译后修饰及在胚乳蛋白-淀粉复合网络结构中谷蛋白聚合体的形成、积累和定位。本项目的结果可为谷蛋白的改性及分子改良提供理论依据和新的育种材料。

谷蛋白是水稻种子的主要贮藏蛋白，成熟的谷蛋白是异质性的，由多基因家族编码的分子量和电荷稍稍不同的多肽所组成，通常又多以大分子聚合物形式存在，以多肽为单位进行分离和纯化非常困难，因而在蛋白质水平上的分离和分析几乎没有取得什么进展，这一点严重阻碍了水稻蛋白质品质的改良。. 本项目以RNA干涉法和辐射诱变法创造蛋白质突变体材料，并对这些遗传背景近似的突变体材料在高温胁迫条件下谷蛋白基因表达及谷蛋白聚合体形成情况进行了详细的分析，了解谷蛋白各亚基的表达和积累规律，明确谷蛋白亚基的聚合与解离特性和谷蛋白聚合体形成的机理，揭示蛋白质对大米蒸煮食味品质的影响，为谷蛋白的化学改性及成分改良奠定理论依据和提供新的育种材料。. 本项目研究的主要结论是：.1. 高温胁迫改变了贮藏蛋白质的组成和积累过程。高温胁迫条件下谷蛋白两个亚基和醇溶蛋白含量的降低与籽粒氮素供应能力和蛋白质合成能力无关，而与蛋白质翻译后的分配，转运和降解等过程紧密相关；.2. 溶于乳酸的谷蛋白结构非常稳定，不适合于进行结构稳定性分析，而溶于水的谷蛋白的结构处于一种特殊状态，二硫键容易被还原。利用凝胶过滤法与蛋白质变性剂（巯基乙醇, 盐酸胍，尿素）相结合的方法可以一次性提取和纯化到不同聚合形态的谷蛋白，进一步可调制得到结构均一的谷蛋白溶液；.3. 分析了谷蛋白亚基之间在不同条件下的聚合与解离特性及高级结构的变化规律，发现不同聚合态谷蛋白的亚基组成不同，谷蛋白A型亚基倾向于参与谷蛋白多聚体的形成，谷蛋白B型亚基则很少参与多聚体的形成或者参与形成的聚合体的稳定性差，容易被解离成寡聚体或单体谷蛋白，这一特性会影响到它们的溶解性和消化性；.4. 通过对辐射诱变后代，RNA干涉后代，普通野生稻等种质资源的种子蛋白质的含量及组成分析，获得了一批种子蛋白质各异的材料，为水稻蛋白质品质遗传改良提供了必需的材料；.5. 水稻谷蛋白是优质蛋白，在稻米品质改良时很难找到更优良的外源蛋白基因。通过对海南野生稻种子蛋白组分的分析发现，野生稻含有较多的B型谷蛋白，可以作为水稻品质改良的种质；.6. 在高温条件下，A型谷蛋白较多地参与谷蛋白大分子聚合体的形成，这些蛋白质大分子与淀粉结合形成致密的蛋白-淀粉复合网络结构，对谷蛋白的消化性、热稳定性、凝胶化性及蒸煮食味品质等造成重要影响。