澱粉分支酶與顆粒結合澱粉合成酶之基因突變對甘藷澱粉性質與累積的影響

Abstract

澱粉是我們食物以及工業用途重要的來源，澱粉分支酶 (starch branching enzymes, SBE) 與顆粒結合澱粉合成酶 (granule bound starch synthase, GBSS) 皆參與在澱粉的生合成路徑上，直鏈澱粉是 GBSS 將葡萄糖以 α-1,4 鍵結方式形成的長鏈狀高分子，支鏈澱粉除了有 α-1,4 鍵結的高分子外，還利用 SBE 將內部的 α-1,4 鍵結切除轉向以 α-1,6 鍵結來形成分支。我們設計 artificial microRNA 干擾方式來同時降低甘藷 IbSBE1 和 IbSBE2 的表現量，選取自前人研究 amylose extender 的前兩個字母並命名為 AMEX2，另外也額外大量表現 IbGBSS 並命名為 AMEX3，目的是預期能大幅增加直鏈澱粉含量，並了解此二酵素對於暫存性葉部澱粉及儲存性塊根澱粉的影響。結果顯示 AMEX2 和 AMEX3 轉殖株葉部型態呈現皺褶狀，另外也延遲了塊根生長的時間。AMEX2 和 AMEX3 轉殖株的暫存性葉部澱粉含量相較於野生型甘藷台農 57 號，在光照結束的時間點 (L16) 澱粉生合成含量有降低 50-70%的趨勢，而且轉殖株暫存性葉部澱粉的外觀型態皆有不規則的外觀。然而在 AMEX2 和 AMEX3 儲存性塊根澱粉的外觀型態卻和野生型甘藷相似，但其儲存性塊根澱粉粒的大小較野生型甘藷來的小，且塊根澱粉含量極低，僅占乾重不到 1%。進一步分析轉殖株暫存性葉部澱粉及儲存性塊根澱粉的直鏈澱粉和支鏈澱粉含量，直鏈澱粉相對含量皆稍微的增加 1-2%，而在支鏈澱粉鏈長分布的情形發現在短鏈和中長鏈 (DP 6-24) 的比例減少，而提高了長鏈 (DP > 25) 的比例，經由熱性質分析，暫存性葉部澱粉在轉殖株中的糊化溫度 (60.4℃及 58.51℃) 及熱焓值 (9.68 J/g 及 9.3 J/g) 較野生型甘藷低 (61.82℃；11.96 J/g)，儲存性塊根澱粉在轉殖株中的糊化溫度 (69.73℃) 及熱焓值 (16.44 J/g) 也較野生型甘藷低 (73.97℃；19.1 J/g)，推測降低 IbSBE1 和 IbSBE2 的表現，在澱粉的結構及含量皆造成了影響，然而要大幅增加直鏈澱粉含量仍需進一步的研究。