[发明专利]突变型OsGBSS1酶及其制备方法与用途

说明书

技术领域

本发明涉及酶学领域。具体地说，本发明涉及突变型OsGBSS1(颗粒结合淀粉合成酶1,2.4.1.242)以及利用该酶改善大米中直链淀粉含量的方法及其应用。

背景技术

禾谷类作物是我国的主要粮食作物。其中，水稻(Oryza sativa)是重要的禾谷类作物，有籼粳之分，籼包括籼稻和籼糯，粳包括粳稻和粳糯。稻米供人类食用的主要部分是胚乳中的淀粉，淀粉有直链淀粉和支链淀粉。糯稻与非糯稻的区别在于胚乳的淀粉组成比例不同，非糯型的水稻直链淀粉含量较高，在10-30wt%之间；糯型的水稻直链淀粉含量则低于3wt%。在表观上非糯型的米粒色泽呈透明或浅透明状，用碘-碘化钾对米粒横切面进行染色，呈兰色；糯型的米粒色泽呈蜡质状，用碘-碘化钾染色，呈橙黄色。水稻胚乳中的直链淀粉含量和胶稠度是稻米品质评价中的重要指标。

直链淀粉是在ADP-Glc焦磷酸化酶(AGPase)和Wx基因编码的OsGBSS1[1,2]的作用下合成的。Wx基因的表达水平、OsGBSS1的活性与AC呈显著正相关[1,3,4]。根据直链淀粉含量的不同一般将水稻分为四类：极低直链淀粉含量品种、低直链淀粉含量品种、中等直链淀粉含量品种和高直链淀粉含量品种[5]。

影响大米蒸煮和食用品质的关键因素包括：直链淀粉含量(AC)、胶稠度以及糊化温度[6]。这其中胶稠度和糊化温度两项参数也与直链淀粉含量有一定的相关性，因为这两项流变力学特征决定于支链淀粉结构，尤其是短支链与长支链的比例[7]。OsGBSS1同时负责支链淀粉中超长链的延伸[8]。所以，通过调节Wx基因的表达或活性水平可以在影响AC的同时，决定蒸煮和食用品质的不同。

一般而言，高直链淀粉含量的稻米其食用品质会降低，而这一现象也广泛存在于在中国种植的杂交籼稻中。研究人员正努力在降低大米AC保证食用品质的同时保证其高产。目前有三种降低AC的方法。(1)通过引入反义链降低WxmRNA的表达量[9,10]；(2)通过调节启动子的活性。例如利用dsRNAi方法抑制一个可以结合到Wx基因启动子上的一段特异31bp片段上的转录因子OsBP-5来达到降低OsGBSS1表达的目的[11]；(3)降低Wx基因pre-mRNA的剪接效率。例如将剪接因子du-1或du-2突变后，由于Wx的异常剪接造成OSGBSS1成熟蛋白质含量降低，直接造成直链淀粉含量降低[12,13]。RNA介导的RNA沉默机制的发现并应用，为包括直链淀粉含量的控制提供了一种直接途径。但通过dsRNAi对基因表达的抑制作用只能定性而并不能精确地对其产生的作用进行定量，这也在一定程度上阻碍了其在水稻育种品质改良上的应用。此外，上述方法都建立在Wx的表达在转录和转录后受到调控的理论基础上，并没有系统研究直接改变OsGBSS1酶活性的诸方面。

自然界的众多水稻品种提供了一个很大的水稻品质库，Wx基因在众多水稻品种中也存在很多自然突变。Wx基因本身存在产生不同突变进而影响水稻淀粉品质的潜能[4]。由于这些水稻品种之间存在遗传背景上的不同，因此这些自然突变是否就是造成它们之间AC不同的唯一原因就不得而知。

因此，为本领域急需从OsGBSS1本身入手，系统研究如何改变其活性，例如通过突变其氨基酸序列改变其活性，进而改善水稻以及所得大米的品质。

发明内容

本发明的目的在于提供一种活性改变的颗粒结合淀粉合成酶并揭示特定氨基酸残基与直链淀粉含量的关系，进而用于调节水稻中直链淀粉含量以及改善稻米的食用品质。

在第一方面，本发明提供一种颗粒结合淀粉合成酶，所述酶在对应于SEQ IDNO:1所示氨基酸序列的一个或多个选自下组的氨基酸位点中发生突变：

(a)H236、N265、Y268、N353、R408、E410、K413或C487；

(b)A114、EA314-315或T543；或

(c)上述(a)或(b)的任意组合。

在优选的实施方式中，所述突变是选自下组的突变：(1)非极性氨基酸替代极性氨基酸，优选以A替代；(2)改变主链的碳链长度；或(3)改变氨基酸上的R基团。

在另一优选的实施方式中，所述突变是：H236Y、N265D、Y268F、Y268W、N353A、R408A、E410D、E410Q、C487A、K413A、A114S、EA314-315QT或T543A。

在优选的实施方式中，所述颗粒结合淀粉合成酶的比酶活降低10%-100%。