[发明专利]用于增加水稻中的抗性淀粉和膳食纤维的方法

说明书

本发明公开了与适宜水稻品种胚乳中的膳食纤维和抗性淀粉水平增加相关的淀粉合成酶基因的突变。所述膳食纤维和抗性淀粉增加到使水稻谷物的水解指数值显著降低至35‑40％的程度。糖尿病人群对这些水稻品种的需求量很大，并且这些水稻品种提供许多其它健康方面的益处，诸如减少体重增加、心脏健康以及结肠健康。因这一策略并不涉及到使用基因操纵技术，故其可不受任何限制地直接用于水稻育种项目。

技术领域

本发明涉及膳食纤维和抗性淀粉表达增加的水稻植株。具体来说，本发明涉及一种与编码水稻的淀粉分支酶的基因突变相结合来化学诱导编码淀粉合成酶的基因发生突变的方法，通过改变支链淀粉结构导致直链淀粉含量、抗性淀粉以及膳食纤维增加，并且降低水解指数。

背景技术

谷粒，诸如水稻，是人类饮食中的基本食物组分，并且含有重要的营养成分，诸如膳食纤维和碳水化合物。膳食纤维的消耗对消化尤其重要，并且暗示适用于预防或治疗某些疾病，诸如糖尿病、肥胖症以及结肠癌。一般来说，膳食纤维被定义为对人类消化酶的消化作用具有抗性的植物材料残渣，包括非淀粉多糖、抗性淀粉、木质素以及诸如蜡、表皮素和木栓质的微量组分。由于富含膳食纤维的食物对健康具有潜在的好处，因此许多国家推荐增加消耗此类食物作为其膳食指南的一部分。

白米是世界一半以上人群的膳食主食。哈佛大学公共卫生学院的一项新研究表明，常吃白米的人患2型糖尿病的风险会显著升高。他们还发现，食用更多大米的人患糖尿病的几率是食用最少量大米的人的1.5倍以上。这项研究的更严重结果是，一个人每天每食用5.5盎司白米，风险就上升10％。“亚洲国家面临更高风险”，研究人员在研究中写道，此项研究公布在2015年3月发行的《英国医学杂志》上。

白米是一种高度精制的主食谷物，缺少几乎所有的纤维和矿物质。大部分的纤维和矿物质存在于米糠层中，而所述米糠层通过现代碾米和抛光机械被完全去除。因与未抛光或部分抛光的米粒相比，消费者更喜欢精磨的大米，因为其适口性更好，故在现代碾米中普遍采用高度抛光。在健康与适口性之间存在两难问题的情况下，全球食用大米的人群正在寻找一种能够积极解决所述问题的办法。

糖尿病是在发展中国家和发达国家中最常见的内分泌疾病。糖尿病是一种慢性疾病，当胰腺不能产生足够的胰岛素，或者当身体不能有效地利用其产生的胰岛素时，就会发生糖尿病。这导致血液中的葡萄糖浓度增加(高血糖症)。1型糖尿病，以前被称为胰岛素依赖型糖尿病或儿童期发病型糖尿病，其特点是缺乏胰岛素产生，而2型糖尿病，以前被称为非胰岛素依赖型糖尿病或成年发病型糖尿病，是由身体不能有效利用胰岛素而引起的。这是由于体重超标和缺乏运动所致。另一种类型的糖尿病，被称为妊娠期糖尿病，是首次被发现于孕期的高血糖症。

为糖尿病患者制定并实施适当的饮食计划是糖尿病临床管理策略中的重要方式。由于碳水化合物是食物的主要组成部分，也是葡萄糖释放的一个不可缺少的原因，因此目前的糖尿病饮食管理策略侧重于改变人体内的碳水化合物代谢，以实现使葡萄糖缓慢释放到血流中。此策略需要改变食品中的碳水化合物化学成分和组成，以使其在医学上可接受地用于管理糖尿病。

血糖指数(GI)是一种基于其对血糖水平的即时影响进行的碳水化合物排序。快速升高血糖含量的食物具有高的GI值。相反，缓慢升高血糖含量的食物具有低的GI值。因此，GI可以作为食物类产品淀粉消化的有效指标。世界卫生组织将GI定义为一份测试食物中50克可用碳水化合物部分的血糖反应曲线下的增量面积，表示为对同一受试者消耗的标准食物中相同量的碳水化合物的反应百分比。GI由1至100的范围组成，指示出某一特定食物中50克的碳水化合物以血糖的形式被吸收到血流中的速率。葡萄糖本身被用作主要的参照点，并被定为100。食物的GI值分为低等GI(<55)、中等(55-70)和高等(>70)(Miller等人,1992)。在消化过程中，快速分解的碳水化合物具有高GI。相反地，分解缓慢的碳水化合物则具有低GI。通过消耗低GI食物降低餐后血糖对健康受试者以及胰岛素抗性患者都具有积极的健康效果。