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为探究 GBSSI 对小麦淀粉质量的影响，研究人员以 EMS 诱变的小麦品种 SM126 突变群体为材料，筛选出蜡质突变体 Wx-Abd。发现其 Wx 基因表达降低、淀粉颗粒形态改变、直链淀粉含量显著下降且糊化温度升高，为小麦淀粉品质改良提供了遗传资源。
小麦作为全球重要的粮食作物，其籽粒中的淀粉是人类碳水化合物的主要来源之一，约占籽粒胚乳干重的 70%。淀粉由直链淀粉（amylose）和支链淀粉（amylopectin）组成，两者的比例直接影响着小麦的加工品质，如食品的理化特性、功能属性和结构特征等。 granule-bound starch synthase I（GBSSI，颗粒结合型淀粉合成酶 I，又称蜡质蛋白）是负责将 α-1,4 - 葡聚糖链延长为线性直链淀粉分子的关键酶，其活性高低直接决定了直链淀粉的含量，进而影响淀粉品质。然而，天然小麦中 GBSSI 相关基因（如 Wx-A1、Wx-B1、Wx-D1）的变异有限，尤其是 Wx-D1 位点的无效突变在普通小麦中极为罕见，限制了对淀粉合成机制的深入研究及高品质小麦品种的培育。因此，通过人工诱变手段创制 GBSSI 失活的突变体，对于解析淀粉结构与功能的调控机制、拓宽小麦遗传资源具有重要意义。
为解决上述问题，四川农业大学小麦研究所的研究人员以中国四川优质小麦品种 SM126 为材料，利用 ethyl methanesulfonate（EMS，甲基磺酸乙酯）诱变技术构建了突变体库，开展了 GBSSI 失活对淀粉结构与功能影响的研究。研究通过筛选突变体库，鉴定出 Wx-D1 位点失活的蜡质突变体，并对其淀粉特性、基因表达、酶活性及颗粒形态等进行了系统分析，相关成果发表在《BMC Genomics》。
研究主要采用了以下关键技术方法：
- SDS-PAGE（十二烷基硫酸钠 - 聚丙烯酰胺凝胶电泳）：用于筛选突变体库中的蜡质蛋白亚基缺失突变体，检测不同突变系中 Wx 蛋白的表达情况。
- DNA 测序：对突变体的 Wx-D1 基因进行克隆和测序，分析基因突变位点及序列变化。
- qRT-PCR（实时荧光定量 PCR）：检测不同突变系中 Wx 基因的表达水平，分析基因表达与淀粉特性的关系。
- GBSSI 活性测定：使用商业试剂盒检测突变体胚乳中 GBSSI 的酶活性，探究酶活性与直链淀粉合成的关联。
- 淀粉提取与分析：包括淀粉含量、直链淀粉比例、颗粒形态（扫描电子显微镜观察）及热力学特性（差示扫描量热法，DSC）测定等。
研究结果
1. 蜡质突变体的筛选与分子机制解析
通过对 25,000 份 M4 代突变体库的 SDS-PAGE 筛选，鉴定出 Wx-D1 蛋白缺失的突变体 M4-6165（Wx-Abd）。DNA 测序表明，该突变体在 Wx-D1 基因第 4 外显子发生 C→T 单核苷酸多态性（SNP）突变，导致密码子由 CAG（谷氨酰胺）变为 TAG（终止密码子），产生提前终止密码子，使 Wx-D1 蛋白无法正常表达。
2. 新型 Wx 蛋白亚基组合的创制
将 M4-6165（Wx-D1 缺失）与前期鉴定的 M2-31（Wx-A1 缺失）杂交，获得 F1 代植株，经自交后在 F2 代群体中筛选出四种 Wx 蛋白亚基组合：Wx-AbD（仅缺失 Wx-A1）、Wx-Abd（仅缺失 Wx-D1）、Wx-abd（Wx-A1、Wx-D1 均缺失）和 Wx-AbB（仅缺失 Wx-B1），为后续分析不同亚基缺失对淀粉特性的影响提供了材料。
3. 基因表达与酶活性分析
qRT-PCR 结果显示，与野生型 SM126（Wx-AbD）相比，Wx-abD（Wx-A1 缺失）和 Wx-Abd（Wx-D1 缺失）突变体的 Wx 基因表达水平显著降低（P<0.01），其中 Wx-abd 突变体的表达量最低。GBSSI 酶活性测定表明，野生型的酶活性最高（6 U/g），而 Wx-abd 突变体的酶活性仅为 0.5 U/g，表明 Wx 基因表达量与 GBSSI 活性呈正相关。
4. 淀粉组成与颗粒形态变化
- 淀粉含量：野生型 SM126 的直链淀粉含量为 22.32%，总淀粉含量 61.47%；Wx-abd 突变体的直链淀粉含量显著降至 7.02%，总淀粉含量降至 44.79%，表明 GBSSI 失活显著抑制直链淀粉合成。
- 颗粒形态：扫描电镜观察显示，野生型淀粉颗粒以 A 型（大颗粒，球形或圆饼状）为主，而 Wx-abd 突变体的 B 型颗粒（小颗粒）比例显著增加，且 A 型颗粒表面出现明显凹陷，提示 GBSSI 失活影响淀粉颗粒的发育和结构。
5. 淀粉热力学特性改变
DSC 分析表明，Wx-abd 突变体的淀粉糊化起始温度（To）、峰值温度（Tp）和糊化焓（ΔH）均显著高于野生型，其中 Tp 达 67.29°C，ΔH 为 6.91 J/g，表明其淀粉颗粒糊化需要更高能量，可能与直链淀粉含量降低导致的支链淀粉结晶度变化有关。
研究结论与意义
本研究通过 EMS 诱变成功创制了 Wx-D1 位点失活的蜡质突变体，揭示了 GBSSI 失活可导致小麦淀粉直链含量显著降低、颗粒形态改变及糊化特性变化。研究结果不仅丰富了小麦蜡质基因资源，为解析 GBSSI 在淀粉合成中的作用机制提供了新视角，还为小麦品质改良提供了重要材料 ——Wx-abd 突变体的高农艺性能使其有望用于培育适合食品加工（如面条、烘焙食品）的专用小麦品种，推动小麦产业的定向遗传改良。此外，研究中开发的 KASP 分子标记可用于快速筛选 Wx-D1 突变体，为分子标记辅助育种提供了技术支持。
本研究系统整合了诱变技术、分子生物学和淀粉功能分析，阐明了 GBSSI 在小麦淀粉品质形成中的核心作用，为作物遗传改良提供了理论依据和实践指导，具有重要的科学意义和应用价值。
