쌀 (Oryza sativa L.) 은 세계 인구의 절반 이상의 주식이다. 따라서 소비자의생활수준이 향상되면서 다수성과 밥 맛이 좋은 품질이 요구된다. 하이브리드쌀의성공적인 개발은 곡물 수확량을 크게 증가 시켰지만, 밥 맛 등 품질은 소비자의요구를 완전히 만족시키지 못했다. 따라서 벼 품질의 개선은 각 국가의 벼 육종가들의주된 고려 사항이 되었다. 돌연변이 육종법은 다양한 배유 특성을 가진 벼 품종을개발하기 위해 광범위하게 사용되어왔다. 본 연구에서는 ethyl methane sulfonate (EMS)와 sodium azide (SA) 에 의해 발생된 고아밀로스 배유 돌연변이와 분질 배유돌연변이의 배유 특성 지배 유전자를 탐색하고, 그 기능을 밝히고자 하였다.1. 배유 발달 시 pyruvate phosphate dikinase (PPDK) 를 코딩하는 벼 유전자의 기능Pyruvate phosphate dikinase (PPDK) 는 pyruvate, ATP 및 orthophosphate 를 가역적으로phosphoenolpyruvate, AMP 및 pyrophosphate 로 전환시키고 다양한 식물 세포에서다양한 기능을 수행한다. 벼에서 PPDK 는 종자 발달시기 중 유숙기에 높은 수준으로발현된다. 종자 발달 초기 단계부터 진행됨에 따라 인산화는 아밀로펙틴 합성 효소를활성화시키고 PPDK 는 인산화를 통한 활성의 급속히 하향 조절된다. 벼 등숙기 동안PPDK 의 기능과 조절은 잘 알려져 있지 않다. 벼 PPDK 돌연변이는 이삭당 증가된소수와 분질 배유를 가진 곡물이 생산되는 것이 밝혀졌다. 분질 배유 돌연변이의 형질지배 유전자에 대한 정밀 유전자 지도 작성을 통해 cytosolic PPDK (cyOsPPDK) 를 코딩하는 유전자의 2 번 엑손에서 GA SNP 를 발견 하였고, 이 SNP 에 의해 101 번째아미노산을 글리신에서 아스파르트 산으로 변화되었으며, 이 유전자를 FLOURYENDOSPERM4-5 (FLO4-5) 로 명명하였다. Real-time RT-PCR 실험을 통해 flo4-5 가등숙기에 야생형보다 flo4-5 돌연변이체에서 상당히 더 높은 수준으로 발현된다는 것을밝혀냈다. Plastid AGPS2a, AGPS2b, SSIIb 및 SSIIc 는 또한 flo4-5 돌연변이에서 향상된발현을 나타내었고, 이삭당 벼 알수의 증가를 일으켰다. 다른 알려진 식물과기능적으로 다르게 추정되는 C4-type PPDK 유전자로서 flo4-5 는 벼의 이삭 당 벼 알수증가와 분질 배유 발달을 조절하는 새로운 경로를 밝혔다.2. 벼 저항 전분 합성에서 starch branching enzyme SBEIIb 의 중요 역할인간의 생활 습관과 음식 섭취의 변화는 특히 아시아에서 2 형 당뇨병, 비만 및크론병의 발병률을 크게 증가시켰다. 이러한 조건은 인체 건강에 대한 위협이 되고있지만 저항 전분 (RS) 이 많이 함유된 식품의 섭취는 잠재적으로 발생률을 감소시킬수 있다. 일품벼에 N-methyl-N-nitrosourea (NMU) 처리한 돌연변이 고아미 2 호(Goami2)의 배유는 지방, 단백질 및 난소화성 탄수화물 함량이 높다. 특히 Goami2 는 현미가완전히 불투명 함에도 불구하고 아밀로스 함량이 대단히 높다. 본 연구에서는 Goami2의 RS 유전자좌가 starch branching enzyme gene (SBEIIb) 의 엑손 16 에서 TC SNP치환을 확인하였고, 599 아미노산 위치에서 ProLeu 의 미스센스 돌연변이가 확인된다.결과 RS 는 과립 구조(고 아밀로스, 지질, 고 아밀로스-지질 복합체)로 바뀌었고, 물리화학적 성질이 변경됐다. 이 발견은 밥에서 저항전분 함량을 증가시킬 수 있는 기회를제공한다
Rice (Oryza sativa L.) is a staple food for more than half of the world’s population. Therefore, rice grain yield and eating quality are required for rice customers living level improving. Successful application of hybrid rice strains have greatly increased grain yield, but grain quality of hybrid rice is not fully satisfy the need of the rice customers. To improve the rice grain quality has become the main considerations of plant geneticists in each country. Mutagenesis has been used extensively to develop various rice cultivars with different endosperm characteristics. In the present study, a resistant starch (RS) and two floury endosperm mutant rice cultivars were developed by ethyl methane sulfonate (EMS) and sodium azide (SA), respectively. We revealed the candidate gene was responsible for RS and flour endosperm characteristics and molecular analysis demonstrated the mechanisms.1. Function of rice genes encoding pyruvate phosphate dikinase (PPDK) in developing endospermPyruvate phosphate dikinase (PPDK) reversibly converts pyruvate, ATP, and orthophosphate into phosphoenolpyruvate, AMP, and pyrophosphate and fulfils a range of diverse functions in various plant tissues. In rice, PPDK is expressed at high levels during the early syncytial endosperm stage of seed development. As seed development progresses from the early stage, phosphorylation causes amylopectin-synthesizing enzymes to become active and PPDK undergoes a rapid downregulation in activity via phosphorylation. The function and regulation of PPDK during the rice filling stage are poorly understood. A rice PPDK mutation was identified that produced increased spikelets per panicle and grains with floury endosperm. Fine mapping found a G to A SNP in exon 2 of the gene encoding cytosolic PPDK (cyOsPPDK) that resulted in a change of glycine to aspartic acid at amino acid position 101. The gene was named FLOURY ENDOSPERM4-5 (FLO4-5). Real-time RT-PCR experiments revealed that flo4-5 was expressed at considerably higher levels in the flo4-5 mutant than in the wild type during the grain filling stage. Plastid AGPS2a, AGPS2b, SSIIb, and SSIIc also exhibited enhanced expression in the flo4-5 mutant and likely caused the increase in spikelet number per panicle. As a putative C4-type PPDK gene that functionally differs from those in other known plants, flo4-5 reveals a novel pathway that regulates the development of spikelets and floury endosperm in rice.2. Critical role of starch branching enzyme SBEIIb in synthesizing resistant starch in riceChanges in human lifestyle and food consumption have resulted in a large increase in the incidence of type-2 diabetes, obesity, and colon disease, especially in Asia. These conditions are a growing threat to human health, but consumption of foods high in resistant starch (RS) can potentially reduce their incidence. Strategies to increase RS in rice are limited by a lack of knowledge of its molecular basis. Goami2, a N-methyl-N-nitrosourea (NMU) mediated mutant line, is now well known as its extinguishing endosperm characteristics - it is far from the wild type, Ilpumbyeo, a premium taste Korean japonica cultivar. The endosperm of Goami2 is high in fat, protein, and indigestible carbohydrate contents. One of the most extraordinary endosperm characteristic of Goami2 is high level of amylose content, even though the hulled rice (brown rice) is totally opaque. In the present study, through map-based cloning of a RS locus in Goami2, we identified a TC SNP in exon 16 of starch branching enzyme gene (SBEIIb) resulting in a missense mutation from Pro to Leu at amino acid position 599 was responsible for RS production. The resulting RS has modified granule structure; high amylose, lipid, and amylose–lipid complex; and altered physicochemical properties. This discovery provides an opportunity to increase RS content of cooked rice.