[go: up one dir, main page]

RU2268584C2 - Barley of reduced starch ii synthase (ssii) activity - Google Patents

Barley of reduced starch ii synthase (ssii) activity Download PDF

Info

Publication number
RU2268584C2
RU2268584C2 RU2003113556/13A RU2003113556A RU2268584C2 RU 2268584 C2 RU2268584 C2 RU 2268584C2 RU 2003113556/13 A RU2003113556/13 A RU 2003113556/13A RU 2003113556 A RU2003113556 A RU 2003113556A RU 2268584 C2 RU2268584 C2 RU 2268584C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
starch
grain
barley
ssii
amylose
Prior art date
Application number
RU2003113556/13A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2003113556A (en
Inventor
Мэттью Кеннеди МОРЕЛЛ (AU)
Мэттью Кеннеди Морелл
Дэйвид ТОППИНГ (AU)
Дэйвид ТОППИНГ
Айан Лесли БЭЙТИ (AU)
Айан Лесли БЭЙТИ
Original Assignee
Коммонуэлт Сайентифик Энд Индастриал Рисёрч Организейшн
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from AUPR1373A external-priority patent/AUPR137300A0/en
Priority claimed from AUPR1370A external-priority patent/AUPR137000A0/en
Priority claimed from AUPR1371A external-priority patent/AUPR137100A0/en
Application filed by Коммонуэлт Сайентифик Энд Индастриал Рисёрч Организейшн filed Critical Коммонуэлт Сайентифик Энд Индастриал Рисёрч Организейшн
Publication of RU2003113556A publication Critical patent/RU2003113556A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2268584C2 publication Critical patent/RU2268584C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Breeding Of Plants And Reproduction By Means Of Culturing (AREA)
  • Polysaccharides And Polysaccharide Derivatives (AREA)

Abstract

FIELD: biotechnology, food processing industry.
SUBSTANCE: barley plants are mutated in SSII gene to reduce SSII activity. Such barley corn has starch structure with. Moreover said corn optionally has relatively high β-glucan content. Starch is characterized with decreased gelatinization viscosity, low crystallinity, and high levels of lipid-bonded starch of V-form crystallinity.
EFFECT: barley plants having reduced amylopectin content and relatively high amylose content.
33 cl, 39 dwg, 10 tbl, 2 ex

Description

Данное изобретение относится к растению ячменя с пониженной активностью фермента синтазы крахмала II (SSII), приводящей к крахмалу, имеющему пониженное содержание амилопектина. Кроме того, данное изобретение относится к крахмалу и зерну, а также к пищевым продуктам, полученным из них.This invention relates to a barley plant with reduced starch synthase II (SSII) enzyme activity leading to starch having a reduced amylopectin content. In addition, this invention relates to starch and grain, as well as to food products derived from them.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE INVENTION

Одним из открытий в науке о питании является тот факт, что устойчивый крахмал имеет важное значение для здоровья кишечника, в частности, для здоровья толстого кишечника. Благоприятные эффекты устойчивого крахмала являются результатом обеспечения питания толстого кишечника, где кишечная микрофлора получает источник энергии, который подвергается ферментации с образованием среди прочего короткоцепочечных жирных кислот. Эти короткоцепочечные жирные кислоты обеспечивают питательные вещества для колоноцитов, усиливают захват некоторых питательных веществ через толстый кишечник и способствуют физиологической активности ободочной кишки. Как правило, если не обеспечивать устойчивые крахмалы или другую диетическую клетчатку, ободочная кишка относительно неактивна в метаболизме.One of the discoveries in the science of nutrition is the fact that resistant starch is important for intestinal health, in particular for colon health. The beneficial effects of resistant starch are the result of providing nutrition to the large intestine, where the intestinal microflora receives an energy source that undergoes fermentation to form, among other things, short chain fatty acids. These short chain fatty acids provide nutrients for colonocytes, enhance the uptake of certain nutrients through the colon, and promote the physiological activity of the colon. Generally, if resistant starches or other dietary fiber is not provided, the colon is relatively inactive in metabolism.

В последние годы существует направление поиска разработки устойчивых крахмалов из различных источников, направленного на здоровье кишечника. Соответственно, высокоамилозные крахмалы обнаружены в некоторых хлебных злаках, таких как кукуруза, для использования в пищевых продуктах в качестве средств, способствующих здоровью кишечника.In recent years, there has been a direction in the search for the development of resistant starches from various sources aimed at intestinal health. Accordingly, high amylose starches are found in some cereals, such as corn, for use in food products as a means of promoting intestinal health.

Физическая структура крахмала может оказывать важное воздействие на питательные и технологические свойства крахмала для пищевых продуктов. Некоторые характеристики можно рассматривать в качестве показателя структуры крахмала, включая распределение длин цепей амилопектина, степень кристалличности и наличие форм кристалличности, таких как V-комплексная форма кристалличности крахмала. Формы с такими характеристиками можно также рассматривать в качестве показателя питательных или технологических свойств пищевых продуктов, содержащих эти крахмалы. Таким образом, малая длина цепи амилопектина может быть показателем низкой кристалличности и слабой желатинизации, и кроме того считают, что она коррелирует с пониженной ретроградацией амилопектина. Кроме того, считают, что распределение длин более коротких цепей амилопектина отражает органолептические свойства пищевых продуктов, в которые этот крахмал включен в значительных количествах. Пониженная кристалличность крахмала может также быть показателем пониженной температуры желатинизации крахмала, и, кроме того, считают, что она связана с улучшенными органолептическими свойствами. Наличие V-комплексной кристалличности или иначе связанного с крахмалом липида будет увеличивать уровень устойчивого крахмала и, следовательно, диетической клетчатки.The physical structure of starch can have an important effect on the nutritional and technological properties of starch for food. Some characteristics can be considered as an indicator of the structure of starch, including the distribution of amylopectin chain lengths, the degree of crystallinity and the presence of crystallinity forms, such as the V-complex form of crystallinity of starch. Forms with such characteristics can also be considered as an indicator of the nutritional or technological properties of food products containing these starches. Thus, the short chain length of amylopectin can be an indicator of low crystallinity and weak gelatinization, and in addition, it is believed that it correlates with reduced retrogradation of amylopectin. In addition, it is believed that the distribution of the lengths of shorter chains of amylopectin reflects the organoleptic properties of food products in which this starch is included in significant quantities. The reduced crystallinity of starch may also be an indicator of the reduced gelatinization temperature of starch, and moreover, it is believed that it is associated with improved organoleptic properties. The presence of V-complex crystallinity or a lipid otherwise associated with starch will increase the level of resistant starch and, therefore, dietary fiber.

Линии ячменя, имеющие крахмалы с высоким содержанием амилозы, были идентифицированы ранее. Результатом этого являлись только относительно небольшие повышения содержания амилозы до максимального значения примерно 45% от суммарного крахмала, как например в сорте ячменя, известном как High Amylose Glacier (AC38). Хотя крахмалы с повышенным содержанием амилозы этого типа полезны, все же предпочтителен крахмал с более высоким содержанием амилозы, и выращивают некоторые другие виды хлебных злаков, чтобы получить крахмалы с более высоким содержанием амилозы при уровнях 90-процентильного диапазона. Они очень устойчивы к ферментативному гидролизу и приносят большую пользу для здоровья.Barley lines with high amylose starches have been identified previously. The result was only relatively small increases in the amylose content to a maximum value of about 45% of the total starch, such as in the barley variety known as High Amylose Glacier (AC38). Although starches with a high amylose content of this type are useful, starch with a higher amylose content is still preferred, and some other types of cereals are grown to produce starches with a higher amylose content at 90 percent range. They are very resistant to enzymatic hydrolysis and bring great health benefits.

При разработке высокоамилозных крахмалов существует проблема, поскольку известные высокоамилозные крахмалы также имеют высокую температуру желатинизации. Температура желатинизации отражает энергию измельчения, необходимую для обработки таких пищевых продуктов. Следовательно, для обработки зерна или муки для производства пищевых продуктов из таких зерен или крахмалов обычно необходимы более высокие температуры. Поэтому, как правило, продукты, имеющие высокоамилозные крахмалы, являются более дорогостоящими. Подобным образом, с точки зрения потребителя, для приготовления этих произведенных пищевых продуктов или для приготовления пищи из муки, имеющей высокоамилозные крахмалы, могут потребоваться более длительные периоды времени и более высокие температуры. Следовательно, в обеспечении высокоамилозных крахмалов в пищевых продуктах существует значительное неудобство.There is a problem in the development of high amylose starches, since the known high amylose starches also have a high gelation temperature. The gelatinization temperature reflects the grinding energy required to process such foods. Therefore, for processing grain or flour for the production of food products from such grains or starches, higher temperatures are usually required. Therefore, as a rule, products having high amylose starches are more expensive. Similarly, from the consumer's point of view, longer periods of time and higher temperatures may be required to prepare these manufactured foods or to prepare food from flour having high amylose starches. Therefore, there is considerable inconvenience in providing high amylose starches in foods.

Другим питательным компонентом хлебных злаков и, в частности, ячменя являются β-глюканы. β-Глюканы состоят из глюкозных единиц, связанных β(1-4) и/или β(1-3) гликозидными связями, и также не разрушаются человеческими пищеварительными ферментами, что делает их подходящими в качестве источника диетической клетчатки. β-Глюканы могут частично подвергаться ферментативному гидролизу эндогенными бактериями ободочной кишки, в процессе ферментации которых образуются короткоцепочечные жирные кислоты (преимущественно ацетат, пропионат и бутират), которые полезны для клеток слизистой оболочки, выстилающих кишечник и ободочную кишку (Sakata and Engelhard Comp. Biochem. Physiol. 74a: 459-462 (1983)).Another nutritional component of cereals and, in particular, barley are β-glucans. β-Glucans consist of glucose units linked by β (1-4) and / or β (1-3) glycosidic bonds and are also not destroyed by human digestive enzymes, which makes them suitable as a source of dietary fiber. β-Glucans can be partially subjected to enzymatic hydrolysis by endogenous colonic bacteria, during the fermentation of which short-chain fatty acids (mainly acetate, propionate and butyrate) are formed, which are useful for mucous membrane cells lining the intestines and colon (Sakata and Engelhard Comp. Biochem. Physiol. 74a: 459-462 (1983)).

Кроме того, поглощение β-глюкана имеет эффект повышения выделения желчных кислот, приводящего к снижению суммарных сывороточных холестерина и липопротеинов низкой плотности (ЛПНП) с уменьшением риска ишемической болезни сердца. Подобным образом, β-глюканы действуют посредством ослабления сдвигов концентрации глюкозы в крови, возникающих после приема пищи. Считают, что оба этих эффекта основаны на повышении вязкости содержимого желудка и кишечника.In addition, the absorption of β-glucan has the effect of increasing the secretion of bile acids, leading to a decrease in total serum cholesterol and low density lipoproteins (LDL) with a decrease in the risk of coronary heart disease. Similarly, β-glucans act by attenuating blood glucose shifts that occur after eating. Both of these effects are believed to be based on increasing the viscosity of the contents of the stomach and intestines.

Состав пищевых продуктов, содержащих крахмалы, и тесные взаимодействия этих крахмалов с другими питательными или иными компонентами могут оказывать значительное воздействие на питательную ценность этих пищевых продуктов или на функциональные характеристики этих компонентов в приготовлении или структуре этих пищевых продуктов.The composition of food products containing starches and the close interactions of these starches with other nutritional or other components can have a significant impact on the nutritional value of these food products or on the functional characteristics of these components in the preparation or structure of these food products.

Хотя модифицированные крахмалы или β-глюканы, например, можно использовать в пищевых продуктах, которые обеспечивают функциональность, в норме не обеспечиваемую немодифицированными источниками, такая обработка имеет тенденцию либо изменять другие важные компоненты, либо является нежелательной вследствие процессов, вовлеченных в модификацию. Следовательно, предпочтительно предложить источники составных частей, которые можно использовать в немодифицированной форме в пищевых продуктах.Although modified starches or β-glucans, for example, can be used in foods that provide functionality not normally provided by unmodified sources, such processing tends to either modify other important components or is undesirable due to the processes involved in the modification. Therefore, it is preferable to offer sources of components that can be used in unmodified form in food products.

Сорт ячменя МК6827 доступен от Barley Germplasma Collection (USDA-ARS National Small Grain Germplasma Research Facility Aberdeen, Idaho 831290 USA). Зерно МК6827 является сморщенным и имеет сильно окрашенную шелуху и продолговатую форму, и в руках авторов изобретения это зерно очень трудно поддается обработке, включая то, что оно очень устойчиво к измельчению. Свойства зерна МК6827 ранее не были охарактеризованы, природа мутации не установлена, и его не считают подходящим для производства пищевых продуктов.Barley variety MK6827 is available from the Barley Germplasma Collection (USDA-ARS National Small Grain Germplasma Research Facility Aberdeen, Idaho 831290 USA). The MK6827 grain is wrinkled and has a strongly colored husk and an oblong shape, and in the hands of the inventors this grain is very difficult to process, including the fact that it is very resistant to grinding. The properties of MK6827 grain have not been previously characterized, the nature of the mutation has not been established, and it is not considered suitable for food production.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Данное изобретение является результатом выделения и характеристики SSII мутанта растений ячменя, зерно которого, как обнаружено, содержит крахмал, который имеет пониженное содержание амилопектина и, следовательно, высокие относительные уровни амилозы, и поэтому имеет повышенные уровни диетической клетчатки.This invention is the result of isolation and characterization of the SSII mutant of barley plants, the grain of which is found to contain starch, which has a low amylopectin content and, therefore, high relative levels of amylose, and therefore has elevated levels of dietary fiber.

Зерно этого мутанта и зерно от скрещивания в некоторые генетические фоны, кроме того, имеет повышенный уровень β-глюкана. Сочетание повышенного уровня β-глюкана и устойчивого крахмала, вносящее вклад в высокий уровень диетической клетчатки, авторы изобретения считают уникальным для настоящего изобретения.The grain of this mutant and grain from crossing into some genetic backgrounds, in addition, has an increased level of β-glucan. The combination of increased levels of β-glucan and resistant starch, contributing to a high level of dietary fiber, the inventors consider unique to the present invention.

Кроме того, по меньшей мере в некоторых генетических фонах обнаружено, что зерно от таких мутантов содержит крахмал, который имеет высокие относительные уровни амилозы, а также имеет низкие температуры желатинизации. Низкие характеристики набухания такого крахмала во время и после желатинизации также имеют преимущества при некоторых применениях технологий диетических и пищевых продуктов.In addition, at least in some genetic backgrounds, it has been found that the grain from such mutants contains starch, which has high relative amylose levels and also has low gelatinization temperatures. The low swelling characteristics of such starch during and after gelatinization also have advantages in some applications of dietary and food technology.

Кроме того, обнаружено, что зерно от таких мутантов содержит крахмал, который имеет высокие относительные уровни амилозы, причем обнаруженные уровни амилозы выше 50% от содержания крахмала, что представляет собой уровень, который никогда ранее не обнаруживали в немодифицированном крахмале, полученном из ячменя.In addition, it was found that the grain from such mutants contains starch, which has high relative amylose levels, and the detected amylose levels are higher than 50% of the starch content, which is a level that was never previously found in unmodified starch obtained from barley.

Крахмал мутантов и линий обратного скрещивания, имеющих происхождение от этих мутантов (до той степени, до которой эти линии обратного скрещивания протестированы), ведет себя как устойчивый крахмал с измененной структурой, на которую указывают специфичные физические характеристики, включая одну или более чем одну из группы, включающей в себя наличие высокого относительного содержания амилозы, физическую недоступность вследствие наличия высокого содержания β-глюкана, измененную морфологию гранул и наличие связанного с крахмалом липида, и на эту измененную структуру также указывает характеристика, выбранная из одной или более чем одной из группы, включающей в себя низкую кристалличность, пониженное распределение длин цепей амилопектина и наличие заметного связанного с крахмалом липида.Starch of mutants and backcross lines originating from these mutants (to the extent to which these backcross lines have been tested) behaves as resistant starch with a modified structure, which is indicated by specific physical characteristics, including one or more than one of the group including the presence of a high relative content of amylose, physical inaccessibility due to the presence of a high content of β-glucan, altered morphology of the granules and the presence of starch-bound lipid And this modified structure also specifies a characteristic selected from one or more than one of the group comprising low crystallinity, reduced amylopectin chain length distribution and presence of appreciable starch associated lipid.

Кроме того, зерно, полученное от этих мутантных растений ячменя, можно легко использовать в процедурах технологии пищевых продуктов.In addition, the grain obtained from these mutant barley plants can be easily used in food technology procedures.

Настоящее изобретение в одном аспекте относится к крахмалу, полученному из зерна растения ячменя, имеющего пониженный уровень активности SSII, причем указанные крахмальные гранулы имеют высокое содержание амилозы вследствие пониженного содержания амилопектина.The present invention, in one aspect, relates to starch obtained from a grain of a barley plant having a reduced level of SSII activity, said starch granules having a high amylose content due to a reduced amylopectin content.

Настоящее изобретение в другом, более широком аспекте относится к зерну, полезному для производства пищевых продуктов, полученному из растения ячменя, имеющего пониженный уровень активности SSII, причем крахмал указанного зерна имеет высокое содержание амилозы вследствие пониженного содержания амилопектина.The present invention, in another broader aspect, relates to a grain useful for the manufacture of food products obtained from a barley plant having a reduced level of SSII activity, wherein the starch of said grain has a high amylose content due to the reduced amylopectin content.

Настоящее изобретение еще в одном, более широком аспекте относится к растению ячменя с пониженным уровнем активности SSII, причем указанное растение ячменя способно производить зерно, причем крахмал указанного зерна имеет высокое содержание амилозы вследствие пониженного содержания амилопектина, причем указанное зерно является подходящим для производства пищевых продуктов.The present invention, in yet a broader aspect, relates to a barley plant with a reduced level of SSII activity, said barley plant being capable of producing grain, the starch of said grain having a high amylose content due to the reduced amylopectin content, said grain being suitable for food production.

Альтернативно, настоящее изобретение относится к выделенной молекуле нуклеиновой кислоты, кодирующей белок ячменя SSII, причем указанная нуклеиновая кислота способна к гибридизации в жестких условиях с SEQ ID NO 1, или клетке, несущей реплицируемый рекомбинантный вектор, несущий указанную молекулу нуклеиновой кислоты. Еще в одном варианте данное изобретение относится к выделенной молекуле нуклеиновой кислоты, способной к специфичной гибридизации с SEQ ID NO 1.Alternatively, the present invention relates to an isolated nucleic acid molecule encoding an SSII barley protein, said nucleic acid being capable of hybridization under stringent conditions with SEQ ID NO 1, or a cell carrying a replicable recombinant vector carrying said nucleic acid molecule. In yet another embodiment, the present invention relates to an isolated nucleic acid molecule capable of specific hybridization with SEQ ID NO 1.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВBRIEF DESCRIPTION OF GRAPHIC MATERIALS

Для лучшего понимания данное изобретение будет описано далее со ссылкой на ряд примеров.For a better understanding, the invention will be described below with reference to a number of examples.

Фиг.1. Анализ распределения молекулярных размеров крахмала, как определено путем ВЭЖХ-разделения крахмала в 90% ДМСО. (а) Himalaya, (б) АС38, (в) 342, (г) 292.Figure 1. Analysis of the molecular size distribution of starch, as determined by HPLC starch separation in 90% DMSO. (a) Himalaya, (b) AC38, (c) 342, (d) 292.

Фиг.2. Фотографии, показывающие морфологию зерна мутантной и родительских линий, (a) Himalaya, (б) АС38, (в) 292, (г) Waxiro, (д) 342, (е) Tantangara, (ж) МК6827, (з) Sloop. Размеры зерна в длину (L), ширину (W) и толщину (Т) проиллюстрированы на панели (а).Figure 2. Photos showing the grain morphology of the mutant and parental lines, (a) Himalaya, (b) AC38, (c) 292, (d) Waxiro, (e) 342, (e) Tantangara, (g) MK6827, (h) Sloop. The grain sizes in length (L), width (W) and thickness (T) are illustrated in panel (a).

Фиг.3. Анализ распределения длин цепей различных крахмалов мутанта и дикого типа с использованием FACE. (а) Нормализованное распределение длин цепей, (б) сравнение распределений длин цепей с помощью диаграммы разностей. Образцами являлись 342

Figure 00000001
, 292
Figure 00000002
, Tantangara (s), AC38
Figure 00000003
, МК6827
Figure 00000004
и Himalaya (+).Figure 3. Analysis of the chain length distribution of various mutant and wild-type starches using FACE. (a) Normalized distribution of chain lengths, (b) comparison of distribution of chain lengths using a difference diagram. Samples were 342
Figure 00000001
, 292
Figure 00000002
, Tantangara (s), AC38
Figure 00000003
MK6827
Figure 00000004
and Himalaya (+).

Фиг.4. RVA-анализ образцов крахмала ячменя. Образцами являлись Himalaya

Figure 00000003
, Namoi (Δ), AC38 (О), 342 (▽), 292
Figure 00000005
и МК6827
Figure 00000001
. Температурный профиль, используемый на протяжении профиля, указан непрерывной линией.Figure 4. RVA analysis of barley starch samples. Samples were Himalaya
Figure 00000003
, Namoi (Δ), AC38 (O), 342 (▽), 292
Figure 00000005
and MK6827
Figure 00000001
. The temperature profile used throughout the profile is indicated by a continuous line.

Фиг.5. Данные дифракции рентгеновских лучей для мутантной линии и линии дикого типа.Figure 5. X-ray diffraction data for the mutant line and the wild-type line.

Фиг.6. Микрофотографии в сканирующем электронном микроскопе выделенных крахмалов ячменя, (a) Himalaya, (б) Waxiro, (в) AC38, (г) 292, (д) 342, (е) МК6827.6. Microphotographs in a scanning electron microscope of the isolated barley starches, (a) Himalaya, (b) Waxiro, (c) AC38, (d) 292, (e) 342, (e) MK6827.

Фиг.7. Локусы на хромосоме 7Н ячменя, показывающие близость локусов nud1 и sex6. Диаграмма согласно GrainGenes (http://wheat.pw.usda.gov/) Barley morphological genes, 7H map, author; Franckowiak JD).7. Loci on barley 7H chromosome showing the proximity of nud1 and sex6 loci. Chart according to GrainGenes (http://wheat.pw.usda.gov/) Barley morphological genes, 7H map, author; Franckowiak JD).

Фиг.8. Зависимости между размерами семян и распределением длин цепей крахмала для двойных гаплоидных линий 292×Tantangara. Линии, обозначенные (+), дали картину ПЦР Himalaya, а линии, обозначенные (о), дали результат ПЦР 292. Панель (А), отношение длины семени к толщине, нанесенное на график против процента цепей крахмала с DP от 6 до 11; панель (Б), масса семени, нанесенная на график против процента цепей крахмала с DP от 6 до 11.Fig. 8. Relationship between seed size and starch chain length distribution for 292 × Tantangara double haploid lines. The lines indicated by (+) gave the Himalaya PCR picture, and the lines indicated by (o) gave the result of PCR 292. Panel (A), the ratio of seed length to thickness plotted against the percentage of starch chains with DP from 6 to 11; panel (B), the mass of the seed plotted against the percentage of starch chains with DP from 6 to 11.

Фиг.9. Последовательность кДНК SSII ячменя (SEQ ID NO 1) из сорта Himalaya.Fig.9. The barley SSII cDNA sequence (SEQ ID NO 1) from the Himalaya variety.

Фиг.10. Структура генов SSII из (1) Т.tauschii (диплоидная пшеница), (2) сорта ячменя Morex. Линиями жирного шрифта представлены экзоны, а тонкими линиями - интроны. Прямая линия под каждым примером указывает участок последовательностей генов. Пунктирной линией показан участок гена SSII ячменя, от интрона 7, который не был секвенирован, но был определен ПЦР-анализом примерно как 3 т.п.о. в длину.Figure 10. The structure of SSII genes from (1) T.tauschii (diploid wheat), (2) Morex barley variety. Lines in bold represent exons, and thin lines represent introns. A straight line below each example indicates a portion of gene sequences. The dashed line shows the plot of the SSII gene of barley from intron 7, which was not sequenced, but was determined by PCR analysis as approximately 3 kb. in length.

Фиг.11. Сравнения предсказанных кДНК SSII из МК6827 (SEQ ID NO 2), Morex (SEQ ID NO 3) и 292 (SEQ ID NO 4) и последовательности кДНК Himalaya (SEQ ID NO 1). Предсказанные последовательности получили путем идентификации участков геномных последовательностей, присутствующих в кДНК SSII Himalaya. Стартовый кодон ATG и стоп-кодон дикого типа указаны, как и дополнительные стоп-кодоны, присутствующие в МК6827 (#) и 292 (&), соответственно.11. Comparisons of predicted SSII cDNAs from MK6827 (SEQ ID NO 2), Morex (SEQ ID NO 3) and 292 (SEQ ID NO 4) and Himalaya cDNA sequences (SEQ ID NO 1). The predicted sequences were obtained by identifying portions of genomic sequences present in the Himalaya SSII cDNA. The ATG start codon and wild-type stop codon are indicated, as are the additional stop codons present in MK6827 (#) and 292 (&), respectively.

Фиг.12. Сравнение аминокислотных последовательностей, имеющих происхождение от генов, кодирующих SSII, из линий ячменя 292 (SEQ ID NO 7), Morex (SEQ ID NO 5), MK6827 (SEQ ID NO 8), Himalaya (SEQ ID NO 6). Дополнительные стоп-кодоны в 292 и MK6827 указаны символами (&) и (#), соответственно.Fig. 12. Comparison of amino acid sequences derived from genes encoding SSII from barley lines 292 (SEQ ID NO 7), Morex (SEQ ID NO 5), MK6827 (SEQ ID NO 8), Himalaya (SEQ ID NO 6). Additional stop codons at 292 and MK6827 are indicated by (&) and (#), respectively.

Фиг.13. Положение мутаций в MK6827 (SEQ ID NO 2) и 292 (SEQ ID NO 4) в гене SSII ячменя.Fig.13. The position of the mutations in MK6827 (SEQ ID NO 2) and 292 (SEQ ID NO 4) in the barley SSII gene.

Фиг.14. Разработка и использование ПЦР-анализа для мутации 292. (а) Схематическое изображение участка SSII из Himalaya, амплифицированного с помощью праймеров ZLSS2P4 и ZLBSSIIP5, (б) изображение участка, амплифицированного из гена SSII из 292 с использованием ZLSS2P4 и ZLBSSIIP5, показывающее отсутствие одного сайта NIaIV, (в) агарозный гель-электрофорез продуктов ферментативного гидролиза NIaIV из ячменя; Дорожка М; лэддер маркеров ДНК, дорожка 1: МК6827, дорожка 2: Himalaya, дорожка 3: Tantangara, дорожка 4: 292, дорожка 5: 342.Fig.14. Development and use of PCR analysis for mutation 292. (a) Schematic representation of the SSII region from Himalaya amplified using ZLSS2P4 and ZLBSSIIP5 primers, (b) image of the region amplified from the SSII gene from 292 using ZLSS2P4 and ZLBSSIIP5, showing the absence of one site NIaIV, (c) agarose gel electrophoresis of NIaIV enzymatic hydrolysis products from barley; Track M; DNA marker ladder, lane 1: MK6827, lane 2: Himalaya, lane 3: Tantangara, lane 4: 292, lane 5: 342.

Фиг.15. ДСН-ПААГ электрофорез (электрофорез в полиакриламидном геле с додецилсульфатом натрия) белков крахмальной гранулы. Панель (А) 8% акриламид (37,5:1 акрил/бис) ДСН-ПААГ гель, подвергнутый электроблоттингу и зондированию с антителом SSII, полученным против очищенного связанного с гранулами белка SSII из пшеницы. (Б) 12,5% акриламид (30:0,135 акрил/бис), окрашенный серебром. Миграция стандартов молекулярных масс определенной массы (единицами являются кД) указаны с каждой стороны фигуры.Fig.15. SDS-PAGE electrophoresis (electrophoresis in polyacrylamide gel with sodium dodecyl sulfate) starch granule proteins. Panel (A) 8% acrylamide (37.5: 1 acrylic / bis) SDS-PAGE gel subjected to electro-blotting and probing with SSII antibody obtained against purified granule-bound SSII protein from wheat. (B) 12.5% acrylamide (30: 0.135 acrylic / bis), silver stained. Migration of molecular weight standards of a certain mass (units are kD) are indicated on each side of the figure.

Фиг.16. Схематическое изображение конструкций ДНК, предназначенных для негативной регуляции экспрессии SSII после стабильной трансформации ячменя. (1) Ген SSII от нуклеотида 1 до 2972 (см. последовательность на Фиг.9) встроен между промотором и терминатором в смысловой ориентации. (2) Ген SSII встроен между промотором и терминатором в антисмысловой ориентации от нуклеотида 2972 до 1 (см. последовательность на Фиг.9). (3) Двойная конструкция, в которой интрон 3 гена SSII ячменя (между нуклеотидами 1559 и 2851) геномной последовательности SSII Morex встроен между экзонами 2 и 3 из кДНК SSII ячменя из Himalaya (нуклеотиды 363-1157 на Фиг.9).Fig.16. Schematic representation of DNA constructs designed for negative regulation of SSII expression after stable transformation of barley. (1) The SSII gene from nucleotide 1 to 2972 (see sequence in FIG. 9) is inserted between the promoter and the terminator in a sense orientation. (2) The SSII gene is inserted between the promoter and terminator in an antisense orientation from nucleotide 2972 to 1 (see sequence in FIG. 9). (3) A double construct in which the intron 3 of the barley SSII gene (between nucleotides 1559 and 2851) of the SSII Morex genomic sequence is inserted between exons 2 and 3 of the barley SSII cDNA from Himalaya (nucleotides 363-1157 in FIG. 9).

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

ОпределенияDefinitions

Гликемический Индекс. Это сравнение воздействия тестируемых пищевых продуктов, таких как белый хлеб или глюкоза, на сдвиги концентрации глюкозы в крови. Гликемический Индекс представляет собой меру вероятного эффекта пищи, связанного с концентрацией глюкозы в сыворотке после приема пищи и потребностью в инсулине для гомеостаза глюкозы в крови.Glycemic index. This is a comparison of the effects of test foods, such as white bread or glucose, on shifts in blood glucose concentrations. The Glycemic Index is a measure of the likely effect of food associated with the concentration of glucose in serum after a meal and the need for insulin for blood glucose homeostasis.

Устойчивый крахмал. Сумма крахмала и продуктов ферментативного гидролиза крахмала, не всасывающихся в тонком кишечнике здоровых людей, но поступающих в толстый кишечник. Таким образом, устойчивый крахмал исключает продукты, перевариваемые и всасывающиеся в тонком кишечнике.Resistant Starch. The sum of starch and starch enzymatic hydrolysis products that are not absorbed in the small intestine of healthy people, but enter the large intestine. Thus, resistant starch eliminates products that are digested and absorbed in the small intestine.

Устойчивые крахмалы можно классифицировать на четыре группы.Resistant starches can be classified into four groups.

RS1 физически недоступный крахмал. Примеры этой формы крахмала образуются там, где крахмал заключен внутри белкового или подобного матрикса, либо внутри растительной клеточной стенки, либо она может образоваться в связи с частичным измельчением зерна или бобовых после охлаждения.RS1 is physically inaccessible starch. Examples of this form of starch are formed where the starch is enclosed within a protein or similar matrix, either within a plant cell wall, or it may form due to partial grinding of grain or legumes after cooling.

RS2 устойчивые гранулы. Это, как правило, сырые крахмалы, такие как те, которые образуются из сырого картофеля или зеленых бананов, некоторых бобовых и высокоамилозных крахмалов.RS2 resistant granules. These are usually raw starches, such as those made from raw potatoes or green bananas, some legumes and high amylose starches.

RS3 ретроградированные крахмалы. Эти крахмалы образуются путем термической/влажной обработки крахмала или крахмальных пищевых продуктов, такие как встречаются в вареном и охлажденном картофеле, хлебе и кукурузных хлопьях.RS3 retrograded starches. These starches are formed by the thermal / wet processing of starch or starchy foods, such as those found in cooked and chilled potatoes, bread and corn flakes.

RS4 химически модифицированные. Эти крахмалы образуются вследствие химических модификаций, таких как замещение или поперечное сшивание. Эту форму крахмала часто используют в обработанных пищевых продуктах.RS4 chemically modified. These starches are formed due to chemical modifications, such as substitution or crosslinking. This form of starch is often used in processed foods.

Диетическая клетчатка. В данном описании это сумма углеводов или продуктов ферментативного гидролиза углеводов, которые не всасываются в тонком кишечнике здоровых людей, но поступают в толстый кишечник. Они включают в себя устойчивый крахмал, β-глюкан и другие растворимые и нерастворимые углеводные полимеры. Следует включать ту часть углеводов, которая по меньшей мере частично подвержена ферментации резидентной микрофлорой в толстом кишечнике.Dietary fiber. In this description, this is the sum of carbohydrates or enzymatic hydrolysis products of carbohydrates that are not absorbed in the small intestine of healthy people, but enter the large intestine. They include resistant starch, β-glucan and other soluble and insoluble carbohydrate polymers. The portion of carbohydrates that is at least partially susceptible to fermentation by resident microflora in the large intestine should be included.

Желатинизация представляет собой разрушение (прерывание) молекулярного порядка в пределах крахмальной гранулы с сопутствующими и необратимыми изменениями свойств, такими как гранулярное набухание, плавление кристаллита, потеря двойного лучепреломления, развитие вязкости и солюбилизация крахмала.Gelatinization is the destruction (interruption) of molecular order within a starch granule with concomitant and irreversible changes in properties such as granular swelling, crystallite melting, loss of birefringence, viscosity development and solubilization of starch.

Данное изобретение возникло в результате выделения и характеристики SSII мутантных растений ячменя, зерно которых, как обнаружено, содержит крахмал, который имеет пониженное содержание амилопектина и, следовательно, высокие относительные уровни амилозы, и поэтому имеет повышенные уровни диетической клетчатки.This invention arose from the isolation and characterization of SSII mutant barley plants, the grain of which was found to contain starch, which has a reduced amylopectin content and, therefore, high relative amylose levels, and therefore has elevated levels of dietary fiber.

Обнаружено, что такие мутанты обладают рядом весьма желательных характеристик, и показано, что скрещивания в различные другие генетические фоны сохраняют по меньшей мере некоторые из этих характеристик.It has been found that such mutants possess a number of highly desirable characteristics, and it has been shown that crosses into various other genetic backgrounds retain at least some of these characteristics.

Зерно мутанта и зерно от скрещиваний в некоторые генетические фоны, кроме того, имеют повышенный уровень β-глюкана. Сочетание повышенного уровня β-глюкана и высокого уровня диетической клетчатки авторы изобретения считают уникальным для настоящего изобретения.Mutant grain and grain from crosses in some genetic backgrounds, in addition, have an increased level of β-glucan. The combination of increased levels of β-glucan and high levels of dietary fiber, the inventors consider unique to the present invention.

Кроме того, обнаружено, что по меньшей мере в некоторых генетических фонах зерно от таких мутантов содержит крахмал, который имеет высокие относительные уровни амилозы, а также имеет низкие температуры желатинизации. Характеристики желатинизации, относящиеся к набуханию, такого крахмала также имеют преимущество, представляющее собой слабое набухание, которое является полезным при некоторых применениях в технологии диетических и пищевых продуктов.In addition, it was found that, at least in some genetic backgrounds, the grain from such mutants contains starch, which has high relative levels of amylose and also has low gelatinization temperatures. The swelling characteristics of the gelatinization of such starch also have the advantage of being a low swelling, which is useful in some applications in diet and food technology.

Кроме того, обнаружено, что зерно от таких мутантов содержит крахмал, который имеет высокие относительные уровни амилозы, причем обнаруженные уровни амилозы выше 50% от содержания крахмала, что представляет собой уровень, который ранее никогда не обнаруживали в немодифицированном крахмале, полученном из ячменя.In addition, it was found that the grain from such mutants contains starch, which has high relative amylose levels, and the detected amylose levels are higher than 50% of the starch content, which is a level that was never previously found in unmodified starch obtained from barley.

Крахмал мутантов и линий обратного скрещивания до той степени, до которой они протестированы, ведет себя как устойчивый крахмал с измененной структурой, на которую указывают специфичные физические характеристики, включая одну или более чем одну из группы, включающей в себя наличие высокого относительного содержания амилозы, физическую недоступность вследствие наличия высокого содержания β-глюкана, измененную морфологию гранул и наличие связанного с крахмалом липида, и на эту измененную структуру также указывает характеристика, выбранная из одной или более чем одной из группы, включающей в себя низкую кристалличность, пониженное распределение длин цепей амилопектина и наличие заметного связанного с крахмалом липида.Starch of mutants and backcross lines to the extent to which they are tested behaves like stable starch with a modified structure, which is indicated by specific physical characteristics, including one or more than one of the group including the presence of a high relative amylose content, physical inaccessibility due to the presence of a high content of β-glucan, an altered morphology of the granules and the presence of a starch-bound lipid, and this characteristic is also indicated by a characteristic selected mated from one or more than one of the group comprising low crystallinity, reduced amylopectin chain length distribution and presence of appreciable starch associated lipid.

Кроме того, по этой причине зерно, полученное от этих мутантных растений ячменя, можно легко использовать в процедурах технологии пищевых продуктов.In addition, for this reason, the grain obtained from these mutant barley plants can be easily used in food technology procedures.

Зерно от таких мутантов в одной форме предпочтительно содержит крахмал, который имеет высокие относительные уровни диетической клетчатки, более конкретно амилозы, а также повышенный уровень β-глюкана. Сочетание повышенного уровня β-глюкана и высокого уровня амилозы авторы изобретения считают уникальным для настоящего изобретения, и оно обеспечивает уникальный источник сочетания β-глюкана и устойчивого крахмала, которое не требует, по меньшей мере в более широких аспектах изобретения, смешивания β-глюкана и растворимой диетической клетчатки вместе или модификации этих составных частей.Grain from such mutants in one form preferably contains starch, which has high relative levels of dietary fiber, more specifically amylose, as well as elevated levels of β-glucan. The inventors consider the combination of increased levels of β-glucan and high levels of amylose unique to the present invention, and it provides a unique source of combination of β-glucan and resistant starch, which does not require, at least in the broader aspects of the invention, mixing β-glucan and soluble dietary fiber together or modifications to these components.

Насколько известно авторам изобретения растение ячменя по настоящему изобретению является впервые открытой зерновой культурой ячменя, обладающей повышенными относительными уровнями диетической клетчатки в форме устойчивого крахмала, имеющего повышенный уровень амилозы, который также имеет повышенные уровни β-глюкана, которые находятся на более высокой точке типичных уровней β-глюкана или которые превышают этот уровень. Зерна, которые имеют еще более высокое содержание β-глюкана, представляют собой фенотип waxy и, следовательно, обладают низкими уровнями амилозы.As far as the authors of the invention are aware, the barley plant of the present invention is the first open barley grain crop having elevated relative levels of dietary fiber in the form of resistant starch having elevated levels of amylose, which also has elevated levels of β-glucan, which are at a higher point of typical β levels -glucan or that exceed this level. Grains that have an even higher β-glucan content are a waxy phenotype and therefore have low levels of amylose.

Известно, что существует широкое разнообразие уровней β-глюкана в ячмене в диапазоне от примерно 4% до примерно 18% масс/масс ячменя, но более типично от 4% до примерно 8% (Izydorcyk et at. (2000) Journal of Agricultural and Food Chemistry 48, 982-989; Zheng et al. (2000) Cereal Chemistry 77, 140-144; Elfverson et al. (1999) Cereal Chemistry 76, 434-438; Andersson et al. (1999) Journal of the Science of Foods and Agriculture 79, 979-986; Oscarsson et al. (1996) J. Cereal Science 24, 161-170; Fastnaught et al. (1996) Crop Science 36, 941-946). Разработаны улучшенные линии ячменя, например Prowashonupana, которые имеют от примерно 15% до примерно 18% масс/масс β-глюкана, но обладает фенотипом waxy. Она имеется в продаже под названием Sustagrain™ (ConAgra™ Specially Grain Products Company, Omaha, Neb. USA).It is known that there is a wide variety of β-glucan levels in barley ranging from about 4% to about 18% w / w barley, but more typically from 4% to about 8% (Izydorcyk et at. (2000) Journal of Agricultural and Food Chemistry 48, 982-989; Zheng et al. (2000) Cereal Chemistry 77, 140-144; Elfverson et al. (1999) Cereal Chemistry 76, 434-438; Andersson et al. (1999) Journal of the Science of Foods and Agriculture 79, 979-986; Oscarsson et al. (1996) J. Cereal Science 24, 161-170; Fastnaught et al. (1996) Crop Science 36, 941-946). Improved barley lines have been developed, for example Prowashonupana, which have from about 15% to about 18% w / w β-glucan but have the waxy phenotype. It is commercially available under the name Sustagrain ™ (ConAgra ™ Specially Grain Products Company, Omaha, Neb. USA).

Уровни β-глюкана, рассматриваемые данным изобретением, могут зависеть от генетического фона, при котором ферментативная активность синтеза амилопектина понижена. Однако предполагают, что понижение активности синтеза амилопектина будет обладать эффектом повышения относительного уровня диетической клетчатки, которая частично принимает форму амилозы, и в то же время повышения уровня β-глюкана. Одним из объяснений сопутствующего повышения β-глюкана при повышенных относительных уровнях амилозы является то, что такое повышение может быть результатом концентрационного эффекта уменьшенного эндосперма и может далее повышаться посредством переключения углерода от синтеза крахмала на синтез β-глюкана.The levels of β-glucan contemplated by this invention may depend on the genetic background at which the enzymatic activity of amylopectin synthesis is reduced. However, it is suggested that a decrease in the activity of amylopectin synthesis will have the effect of increasing the relative level of dietary fiber, which partially takes the form of amylose, and at the same time increasing the level of β-glucan. One explanation for the concomitant increase in β-glucan at elevated relative amylose levels is that such an increase may be the result of the concentration effect of the reduced endosperm and may further increase by switching carbon from starch synthesis to β-glucan synthesis.

Таким образом, зерно растения ячменя предпочтительно имеет содержание β-глюкана, которое выше 6% от суммарной массы нешелушенного зерна, или более предпочтительно выше 7%, и наиболее предпочтительно выше 8%, однако, уровни β-глюкана у мутанта waxy измерили вплоть до уровней от 15 до 18%, и в настоящем изобретении можно рассматривать столь же высокие или более высокие уровни, чем эти.Thus, the grain of a barley plant preferably has a β-glucan content that is higher than 6% of the total mass of unshelled grain, or more preferably higher than 7%, and most preferably higher than 8%, however, the levels of β-glucan in the waxy mutant were measured up to levels from 15 to 18%, and in the present invention can be considered as high or higher levels than these.

Во второй предпочтительной форме зерно растения ячменя обладает пониженной температурой желатинизации (как измерено с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии) в дополнение к относительно высокому содержанию амилозы. По данным, представленным для ячменя, служащего примером, эта пониженная температура желатинизации не только снижена по сравнению с крахмалом, продуцируемым ячменем с несколько повышенным содержанием амилозы, но также по сравнению с крахмалом, продуцируемым ячменем, имеющим крахмал, у которого нормальные уровни амилозы. Таким образом, хотя в данном изобретении рассматривают пониженные температуры желатинизации относительно соответствующего высокоамилозного крахмала, можно также рассматривать температуру желатинизации, пониженную относительно таковой у крахмала с нормальными уровнями амилозы.In a second preferred form, the barley plant grain has a reduced gelatinization temperature (as measured by differential scanning calorimetry) in addition to a relatively high amylose content. According to the data presented for example barley, this reduced gelatinization temperature is not only reduced compared to starch produced by barley with a slightly higher amylose content, but also compared to starch produced by barley having starch, which has normal levels of amylose. Thus, although lower gelatinization temperatures are considered in this invention relative to the corresponding high amylose starch, gelatinization temperatures lower than those of starch with normal amylose levels can also be considered.

Кроме того, в генетических фонах, проверенных таким образом, крахмал также характеризуется набуханием в избытке нагретой воды, которое является более слабым, чем набухание других протестированных крахмалов.In addition, in genetic backgrounds tested in this way, starch is also characterized by swelling in excess of heated water, which is weaker than the swelling of other tested starches.

В третьей предпочтительной форме крахмал имеет уровни амилозы выше 50% от содержания крахмала, что является уровнем, который никогда ранее не обнаруживали в немодифицированном крахмале, полученном из ячменя.In a third preferred form, starch has amylose levels above 50% of the starch content, which is a level that was never previously found in unmodified starch derived from barley.

Крахмал настоящего растения ячменя имеет высокое относительное содержание амилозы, более высокое, чем можно ожидать для мутации в гене SSII или другом гене синтазы крахмала. Так, у пшеницы мутанты по SSII приводят в результате к относительным уровням амилозы примерно 35% от крахмала. Содержание амилозы у крахмала можно считать повышенным, когда это содержание значительно выше 25%, или которое присутствует в зерне нормального ячменя, и, таким образом, может быть выше чем примерно 30% масс/масс от суммарного крахмала. Известные растения ячменя, которые считают высокоамилозными, имеют содержание 35-45%. Однако в настоящем изобретении предложен ячмень с содержанием амилозы, которое выше 50%, что является уровнем, который никогда ранее не обнаруживали в немодифицированном крахмале, полученном из ячменя.The starch of a true barley plant has a high relative amylose content, higher than would be expected for a mutation in the SSII gene or other starch synthase gene. Thus, in wheat SSII mutants result in relative amylose levels of approximately 35% of starch. The amylose content of starch can be considered elevated when this content is significantly higher than 25%, or which is present in normal barley grain, and thus can be higher than about 30% w / w of total starch. Known barley plants, which are considered highly amylose, have a content of 35-45%. However, the present invention provides barley with an amylose content that is higher than 50%, which is a level that was never previously found in unmodified starch derived from barley.

Относительное содержание амилозы может быть выше 60% и, более предпочтительно, даже выше 70%. Может быть желательно иметь даже более высокие уровни и, следовательно, было возможно достичь даже более высоких уровней у других растений с помощью скрещивания с одиночными мутациями, причем такие уровни достигают 90%. Следовательно, данное изобретение может охватывать уровни амилозы, которые выше 80% или выше 90%.The relative amylose content may be above 60% and, more preferably, even above 70%. It may be desirable to have even higher levels and, therefore, it was possible to achieve even higher levels in other plants by crossing with single mutations, with such levels reaching 90%. Therefore, the invention may encompass amylose levels that are above 80% or above 90%.

В четвертой предпочтительной форме крахмал также имеет измененную структуру, которая приводит к устойчивому крахмалу. Это может являться результатом высокого содержания амилозы. Устойчивый крахмал может также образоваться, поскольку β-глюкан присутствует в повышенных уровнях и, вероятно, оказывает защитные воздействия вследствие связывания β-глюкана с крахмальной гранулой, причем прочность контакта потенциально обеспечивает защитный эффект для крахмала, чтобы посредством этого обеспечить устойчивость, которую можно охарактеризовать как RS1 форму, которая до некоторой степени недоступна ферментативному гидролизу. Подобным образом, наличие связи крахмал-липид, как измерено на основании V-комплексной кристалличности, также вероятно вносит вклад в уровень устойчивого крахмала. В этом случае устойчивость, по-видимому, является результатом физической недоступности крахмала благодаря наличию липида, и, соответственно, ее можно рассматривать как RS1 крахмал. Известно, что ретроградированный крахмал, который принимает V-комплексную конфигурацию, является высоко устойчивым к ферментативному гидролизу и соответственно ожидают, что амилопектин, который образует часть V-комплексной кристаллической структуры, также будет устойчив к ферментативному гидролизу. Крахмал растения ячменя, служащего примером, может быть устойчивым к ферментативному гидролизу вследствие структуры крахмальной гранулы и, соответственно, может иметь RS2 крахмал. Каждая из этих характеристик может присутствовать отдельно, либо в виде двух или более чем двух этих характеристик в сочетании.In a fourth preferred form, starch also has a modified structure, which leads to resistant starch. This may result from a high amylose content. Resistant starch can also form because β-glucan is present at elevated levels and is likely to have protective effects due to the binding of β-glucan to the starch granule, and the contact strength potentially provides a protective effect for starch, thereby providing stability that can be described as RS1 form, which is somewhat inaccessible to enzymatic hydrolysis. Similarly, the presence of a starch-lipid bond, as measured based on V-complex crystallinity, is also likely to contribute to the level of resistant starch. In this case, resistance is apparently the result of the physical inaccessibility of starch due to the presence of lipid, and, accordingly, it can be considered as RS1 starch. It is known that retrograded starch, which assumes a V-complex configuration, is highly resistant to enzymatic hydrolysis, and accordingly, amylopectin, which forms part of the V-complex crystalline structure, is also expected to be resistant to enzymatic hydrolysis. The starch of an example barley plant may be resistant to enzymatic hydrolysis due to the structure of the starch granule and, accordingly, may have RS2 starch. Each of these characteristics may be present separately, or in the form of two or more than two of these characteristics in combination.

Повышенный уровень диетической клетчатки может, по меньшей мере частично, принимать форму устойчивого крахмала, который можно охарактеризовать высоким содержанием амилозы крахмальных гранул, как объяснено выше.Elevated levels of dietary fiber may, at least in part, take the form of resistant starch, which can be characterized by a high amylose content of starch granules, as explained above.

Относительное содержание амилозы может быть выше 60% и более предпочтительно выше 70%. Может быть желательно иметь даже более высокие уровни, и поэтому было возможно достичь даже более высоких уровней в других растениях с помощью скрещивания с одиночными мутациями, и такие уровни достигают 90%. Таким образом, данное изобретение может охватывать уровни амилозы выше 80% или выше 90%.The relative amylose content may be above 60% and more preferably above 70%. It may be desirable to have even higher levels, and therefore it was possible to achieve even higher levels in other plants by crossing with single mutations, and such levels reach 90%. Thus, the invention may encompass amylose levels above 80% or above 90%.

Может быть желательно, чтобы растение ячменя дополнительно экспрессировало измененный уровень активности одного или более чем одного фермента синтеза амилозы или других ферментов для еще большего повышения относительного уровня амилозы. Таким образом, это растение ячменя может нести другую мутацию, которая дополнительно уменьшает или изменяет биосинтез амилопектина, либо мутацию или генетический фон, которые повышают биосинтез амилозы. Например, это растение ячменя может проявлять генотип amylose extender, как например растение ячменя, несущее мутацию amo 1. Примером такого растения является сорт, известный как АС38 (также известный как High Amylose Glacier).It may be desirable for the barley plant to further express an altered level of activity of one or more of the synthesis enzymes of amylose or other enzymes to further increase the relative level of amylose. Thus, this barley plant may carry another mutation that further reduces or alters the biosynthesis of amylopectin, or a mutation or genetic background that enhances the biosynthesis of amylose. For example, this barley plant may exhibit an amylose extender genotype, such as a barley plant carrying the amo 1 mutation. An example of such a plant is a variety known as AC38 (also known as High Amylose Glacier).

Следует понимать, что относительный уровень амилозы, который обсуждали, составляет уровень по отношению к суммарному содержанию крахмала, и поэтому остальная часть крахмала может представлять собой преимущественно промежуточный тип крахмала, либо она может представлять собой преимущественно амилопектин, либо смесь обоих типов. В проанализированном ячмене повышенный уровень амилозы является результатом пониженных уровней амилопектина, и, соответственно, относительный уровень амилозы не является результатом повышенного синтеза амилозы.It should be understood that the relative level of amylose discussed is a level relative to the total starch content, and therefore the rest of the starch can be predominantly an intermediate type of starch, or it can be predominantly amylopectin, or a mixture of both types. In the analyzed barley, an increased level of amylose is the result of lower levels of amylopectin, and, accordingly, the relative level of amylose is not the result of increased synthesis of amylose.

Известно, что β-глюкан обладает эффектом замедления ферментативного гидролиза в тонком кишечнике просто в результате его присутствия вместе с другим пищевым компонентом. Подобным образом, известно, что устойчивые молекулы, которые имеют близкое соседнее положение с крахмальными гранулами, помогают маскировать крахмал и вносят вклад в его устойчивость, делая его физически недоступным. Повышенные уровни амилозы и других форм крахмала, которые могут образоваться в результате связи с липидом, будут, следовательно, дополнительно повышены в результате присутствия и физического соседнего положения с крахмальными гранулами. Следовательно, обеспечено значительное усиление эффектов устойчивого крахмала, а также обеспечение других полезных эффектов, являющихся результатом высоких уровней β-глюкана.It is known that β-glucan has the effect of slowing down the enzymatic hydrolysis in the small intestine simply as a result of its presence together with another food component. Similarly, it is known that stable molecules, which have a close neighboring position with starch granules, help mask starch and contribute to its stability, making it physically inaccessible. Elevated levels of amylose and other forms of starch, which may result from a bond with a lipid, will therefore be further increased as a result of the presence and physical proximity to starch granules. Therefore, a significant increase in the effects of resistant starch is provided, as well as the provision of other beneficial effects resulting from high levels of β-glucan.

Кроме того, известно, что существует ответ на дозу в отношении полезных эффектов устойчивого крахмала и β-глюкана. Следовательно, предполагают, что повышенный уровень β-глюкана вместе с повышенными уровнями устойчивого крахмала будут обеспечивать повышенную пользу для здоровья.In addition, it is known that there is a dose response regarding the beneficial effects of resistant starch and β-glucan. Therefore, it is suggested that elevated levels of β-glucan along with elevated levels of resistant starch will provide enhanced health benefits.

Сочетание уровней β-глюкана и устойчивого крахмала по меньшей мере предпочтительных вариантов данного изобретения не было обнаружено ранее и, несомненно, ни из одного источника без некоторой степени модификации или очистки, и поэтому формы настоящего изобретения обеспечивают единственный практический источник этой пользы.The combination of the levels of β-glucan and resistant starch of at least the preferred variants of the present invention was not found previously and, of course, from no source without some degree of modification or purification, and therefore the forms of the present invention provide the only practical source of this benefit.

Другой предпочтительный аспект крахмала состоит в том, что, несмотря на высокое относительное содержание амилозы, он также имеет низкую температуру желатинизации, как измерено с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии. Это находится в противоречии с общепринятыми сведениями относительно того факта, что высокоамилозные крахмалы склонны иметь повышенную температуру желатинизации, которая вводит ограничения на способ, при котором можно использовать высокоамилозные крахмалы. На основании данных, представленных для ячменя, служащего примером, эта пониженная температура желатинизации не только снижена по сравнению с крахмалом, продуцируемым линиями с несколько повышенным содержанием амилозы, но также по сравнению с крахмалом, продуцируемым ячменем, имеющим крахмал, у которого нормальные уровни амилозы. Таким образом, хотя в предпочтительном аспекте данного изобретения рассматривают пониженные температуры желатинизации относительно соответствующего высокоамилозного крахмала, можно также рассматривать температуру желатинизации, пониженную относительно таковой у крахмала с нормальными уровнями амилозы. Для высокоамилозных крахмалов аспекты обработки, требующие высоких температур, следовательно, неизбежно требуют высокого потребления энергии, что является дорогостоящим и может разрушить функциональность других пищевых компонентов. Подобным образом, с точки зрения непосредственного потребителя, пищевые продукты высокоамилозного крахмала могут быть менее удобны по причине высокой температуры или более длительного времени, необходимого для приготовления. Поэтому, например, в данном предпочтительном аспекте изобретения теперь возможно предложить продукт, такой как продукт в виде лапши, требующий добавления кипящей или нагретой воды в сосуд, такой как чашка, и не требующий нагревания в течение длительного периода времени, и в то же время обеспечивающий доставку устойчивых крахмалов и других составных частей, имеющих питательную ценность, в толстый кишечник.Another preferred aspect of starch is that, despite having a high relative amylose content, it also has a low gelation temperature, as measured by differential scanning calorimetry. This contradicts generally accepted information regarding the fact that high amylose starches tend to have an increased gelation temperature, which imposes limitations on the way in which high amylose starches can be used. Based on the data presented for example barley, this reduced gelatinization temperature is not only reduced compared to starch produced by lines with a slightly higher amylose content, but also compared to starch produced by barley having starch, which has normal levels of amylose. Thus, although in a preferred aspect of the present invention, reduced gelatinization temperatures are considered relative to the corresponding high amylose starch, it is also possible to consider a gelatinization temperature lower than that for starch with normal amylose levels. For high amylose starches, processing aspects that require high temperatures, therefore, inevitably require high energy consumption, which is expensive and can disrupt the functionality of other food components. Similarly, from a direct consumer perspective, high amylose starch foods may be less convenient due to the high temperature or longer cooking time. Therefore, for example, in this preferred aspect of the invention, it is now possible to offer a product, such as a noodle product, requiring the addition of boiling or heated water in a vessel, such as a cup, and not requiring heating for a long period of time, and at the same time providing the delivery of resistant starches and other nutritional components to the large intestine.

Главным эффектом низких температур желатинизации этих крахмалов являются более низкие температурные требования и, следовательно, энергия измельчения этой пищи. Следствием также является то, что, если, как типично может происходить при некоторой обработке пищи, смешивание происходит при комнатной температуре, а затем эту смесь нагревают, более низкая температура желатинизации также уменьшает время, необходимое для достижения желатинизации. Кроме того, при диапазоне температур ниже температуры полной желатинизации нормального крахмала, будет происходить более полная желатинизация крахмала по настоящему изобретению, чем нормального крахмала.The main effect of the low gelatinization temperatures of these starches is lower temperature requirements and, therefore, the grinding energy of this food. The consequence is also that if, as may typically occur with some food processing, mixing occurs at room temperature and then this mixture is heated, a lower gelatinization temperature also reduces the time required to achieve gelation. In addition, at a temperature range below the full gelatinization temperature of normal starch, more complete gelatinization of the starch of the present invention than normal starch will occur.

Одна из мер способности к желатинизации отражена в термических свойствах на основании измерения с помощью ДСК (дифференциальной сканирующей калориметрии). Начало первого пика (пик желатинизации) ДСК может находиться при температуре менее 53°С, более предпочтительно при температуре менее 50°С и наиболее предпочтительно при температуре менее чем примерно 47°С. Начало первого пика можно рассматривать как начало желатинизации. Крахмал, полученный из зерна ячменя, может иметь первый пик при температуре менее чем примерно 60°С, более предпочтительно при температуре менее чем 55°С, и наиболее предпочтительно при температуре менее чем 52°С. ΔН (Энтальпия) первого пика может быть менее чем примерно 3,5, более предпочтительно менее чем примерно 1,0 и наиболее предпочтительно менее чем примерно 0,5.One measure of gelling ability is reflected in thermal properties based on a measurement using DSC (differential scanning calorimetry). The start of the first peak (gelatinization peak) of the DSC can be at a temperature of less than 53 ° C, more preferably at a temperature of less than 50 ° C, and most preferably at a temperature of less than about 47 ° C. The beginning of the first peak can be considered as the beginning of gelatinization. Starch derived from barley grain may have a first peak at a temperature of less than about 60 ° C, more preferably at a temperature of less than 55 ° C, and most preferably at a temperature of less than 52 ° C. The ΔH (Enthalpy) of the first peak may be less than about 3.5, more preferably less than about 1.0, and most preferably less than about 0.5.

Другим открытием в отношении желатинизации видов муки, содержащих крахмалы по данному изобретению, является то, что они проявляют пониженное набухание. Объем набухания типично измеряют путем смешивания крахмала или муки с избытком воды и нагревания до повышенных температур, типично выше 90°С. Затем образец собирают путем центрифугирования, и объем набухания выражают в виде массы осажденного материала, разделенной на сухую массу образца. Обнаружено, что объемы набухания муки из крахмалов waxy и нормальных ячменей выше чем примерно 5,5. Объемы набухания муки, полученной из зерна, которое представляет собой высокоамилозное зерно (АС38), составляют примерно 3,75. Тогда как из зерна исследованных мутантов и гибридов они составляют менее чем 3,2, предпочтительно менее чем 3,0, но, как правило, выше чем примерно 2.Another discovery regarding the gelatinization of flours containing starches of the present invention is that they exhibit reduced swelling. The swelling volume is typically measured by mixing starch or flour with excess water and heating to elevated temperatures, typically above 90 ° C. Then the sample is collected by centrifugation, and the swelling volume is expressed as the mass of the deposited material, divided by the dry mass of the sample. The volumes of flour swelling from waxy starches and normal barley were found to be higher than about 5.5. The swelling volumes of flour obtained from grain, which is a high amylose grain (AC38), are approximately 3.75. Whereas from the grains of the studied mutants and hybrids they are less than 3.2, preferably less than 3.0, but usually higher than about 2.

Эта характеристика желатинизации, относящаяся к низкому набуханию, особенно полезна, если желательно увеличить содержание крахмала пищевого препарата, в частности, гидратированного пищевого препарата. В настоящем случае может быть желательно увеличить содержание диетической клетчатки золя или другого жидкого препарата, где иначе существовало бы ограничение на доставку этого пищевого препарата.This low swelling gelatinization characteristic is especially useful if it is desired to increase the starch content of a food preparation, in particular a hydrated food preparation. In the present case, it may be desirable to increase the dietary fiber content of a sol or other liquid preparation, where otherwise there would be a restriction on the delivery of this food preparation.

Данная характеристика в сочетании с пониженной температурой желатинизации, проявляемой настоящим крахмалом, обеспечивает перспективу значительного усиления питательной пользы пищевых продуктов, где имеется потребность в быстром приготовлении, таких как растворимые супы и лапши быстрого приготовления.This characteristic, combined with the reduced gelatinization temperature exhibited by real starch, provides the prospect of a significant increase in the nutritional benefits of foods where there is a need for quick cooking, such as instant soups and instant noodles.

Постулировано, что эффекты температуры желатинизации являются результатом измененной структуры амилопектина в эндосперме зерна, и одним из измерений этой структуры является распределение длин цепей (степеней полимеризации) молекул крахмала после удаления разветвления цепи изоамилазой. Анализ длин цепей амилопектинового содержимого крахмала мутантов SSII, служащих примером, показал, что при удалении разветвления цепи они имеют распределение длин цепей в диапазоне от 5 до 60, что короче, чем распределение крахмала, которое дают немутантные линии после удаления разветвления цепи. Крахмал с меньшими длинами цепей будет также иметь соразмерное повышение частоты разветвления. Таким образом, этот крахмал может также иметь распределение более коротких длин цепей амилопектина. Доля цепей крахмала, которые имеют степень полимеризации, которая попадает в диапазон от 6 до 11 остатков, может быть более 25%, более предпочтительно более 30%, и наиболее предпочтительно более 35%. Доля цепей крахмала, которые имеют степень полимеризации, которая попадает в диапазон 12-30 остатков, может быть менее 65%, более предпочтительно менее 60%, и наиболее предпочтительно менее чем примерно 55%. Доля цепей крахмала, которые имеют степень полимеризации, которая попадает в диапазон 31-60 остатков, может быть менее 10%, более предпочтительно менее 8%, но также предпочтительно более чем примерно 5%, и наиболее предпочтительно более чем примерно 6%. Скорее чем взятые индивидуально, комбинации долей трех диапазонов длин цепей можно рассматривать в качестве показателя того, что крахмал представляет собой крахмал того типа, который соответствует настоящему изобретению.It has been postulated that the effects of gelatinization temperature are the result of the altered structure of amylopectin in the grain endosperm, and one of the measurements of this structure is the distribution of chain lengths (degrees of polymerization) of starch molecules after removal of the chain branching by isoamylase. An analysis of the chain lengths of the amylopectin content of starch of SSII mutants, which serve as an example, showed that when branching is removed, they have a chain length distribution in the range of 5 to 60, which is shorter than the starch distribution that gives non-mutant lines after chain branching is removed. Starch with shorter chain lengths will also have a commensurate increase in branching frequency. Thus, this starch may also have a distribution of shorter chain lengths of amylopectin. The proportion of starch chains that have a degree of polymerization that falls within the range of 6 to 11 residues may be more than 25%, more preferably more than 30%, and most preferably more than 35%. The proportion of starch chains that have a degree of polymerization that falls within the range of 12-30 residues may be less than 65%, more preferably less than 60%, and most preferably less than about 55%. The proportion of starch chains that have a degree of polymerization that falls within the range of 31-60 residues may be less than 10%, more preferably less than 8%, but also preferably more than about 5%, and most preferably more than about 6%. Rather than taken individually, combinations of the proportions of the three ranges of chain lengths can be considered as an indicator that the starch is starch of the type that corresponds to the present invention.

Понижение в распределении длин цепей, вероятно, способствует низким температурам желатинизации. Также считают, что уменьшенная длина цепи улучшает органолептические свойства крахмала, в частности, вкусовое ощущение, тем самым, возможно, способствуя однородности продукта. Кроме того, постулировано, что уменьшенная длина цепи амилопектина может снижать степень разрушения амилопектина, которое оказывает воздействие на качество пищи, например, его считают важным при черствении хлеба.A decrease in the distribution of chain lengths probably contributes to low gelation temperatures. It is also believed that the reduced chain length improves the organoleptic properties of starch, in particular, the taste sensation, thereby possibly contributing to the uniformity of the product. In addition, it has been postulated that a reduced chain length of amylopectin can reduce the degree of destruction of amylopectin, which affects the quality of food, for example, it is considered important when staling bread.

Кроме того, показано, что структура крахмала в крахмале, служащем примером, отличается тем, что степень кристалличности снижена по сравнению с нормальным крахмалом, выделенным из ячменя. При сочетании с пониженным распределением длин цепей амилопектина сниженная гранулярная кристалличность может указывать на то, что температура желатинизации будет ниже. Считают также, что сниженная кристалличность крахмала связана с улучшенными органолептическими свойствами и, как и меньшая длина цепи амилопектина, способствует более однородному вкусовому ощущению. Таким образом, крахмал может дополнительно проявлять сниженную кристалличность в результате пониженных уровней активности одного или более чем одного фермента синтеза амилопектина. Доля крахмала, проявляющего кристалличность, может быть менее чем примерно 20%, и предпочтительно менее чем примерно 15%.In addition, it was shown that the starch structure in starch, which serves as an example, is characterized in that the degree of crystallinity is reduced in comparison with normal starch isolated from barley. When combined with a reduced distribution of amylopectin chain lengths, reduced granular crystallinity may indicate that the gelatinization temperature will be lower. It is also believed that the reduced crystallinity of starch is associated with improved organoleptic properties and, like the shorter chain length of amylopectin, contributes to a more uniform taste experience. Thus, starch can further exhibit reduced crystallinity as a result of reduced activity levels of one or more of the amylopectin synthesis enzyme. The proportion of starch exhibiting crystallinity may be less than about 20%, and preferably less than about 15%.

Дополнительной мерой свойств настоящего крахмала является измерение вязкости. При использовании Rapid Visco Analyser (быстрого анализатора вязкости) обнаружено, что пиковая вязкость крахмала по данному изобретению значительно отличается от таковой у нормального и waxy крахмалов и высокоамилозных крахмалов, полученных из ячменя. Эти измерения проводили на муке из цельного зерна, однако, свойства крахмала в данных измерениях будут преобладать. Нормальный и waxy крахмалы имеют пиковую вязкость от примерно 900 до примерно 500 единиц RVA, известный высокоамилозный крахмал имеет пиковую вязкость более чем 200, тогда как крахмал растений ячменя по настоящему изобретению имеет пиковую вязкость менее чем 100, при большинстве менее чем примерно 50, в некоторых растениях столь низкую, как примерно 10 единиц RVA. Специалисту в данной области техники следует понимать, что упомянутые параметры представляют собой эмпирические единицы, и упомянутые результаты предназначены для указания относительной характеристики этих крахмалов в приборах RVA или подобных приборах, таких как амилограф.An additional measure of the properties of real starch is the measurement of viscosity. Using Rapid Visco Analyzer (Rapid Viscosity Analyzer), it was found that the peak viscosity of the starch of this invention is significantly different from that of normal and waxy starches and high amylose starches derived from barley. These measurements were carried out on whole grain flour, however, the properties of starch in these measurements will prevail. Normal and waxy starches have a peak viscosity of about 900 to about 500 RVA units, the known high amylose starch has a peak viscosity of more than 200, while the starch of barley plants of the present invention has a peak viscosity of less than 100, with most less than about 50, in some plants as low as about 10 units of RVA. One skilled in the art should understand that the parameters mentioned are empirical units, and the results mentioned are intended to indicate the relative characteristics of these starches in RVA devices or similar devices, such as an amylograph.

Кроме сниженной кристалличности, объясненной выше, настоящий крахмал можно охарактеризовать наличием V-комплексной формы крахмала. Авторы изобретения считают, что впервые именно эту форму крахмала продемонстрировали в заметных количествах в крахмальных гранулах хлебного злака. Эту форму крахмала обычно связывают с ретроградированным крахмалом, в частности, если имеется контакт с липидами, В случае настоящего изобретения постулировано, что структура крахмала дает возможность образования тесной взаимосвязи между растительными липидами и крахмалом, которое приводит в результате к V-комплексной структуре. Считают, что данная форма крахмала может обладать пользой для здоровья, поскольку она обладает пониженной усваиваемостью и, следовательно, может вносить вклад в устойчивый крахмал.In addition to the reduced crystallinity explained above, true starch can be characterized by the presence of a V-complex form of starch. The inventors believe that for the first time this particular form of starch was demonstrated in significant quantities in starch granules of cereal. This form of starch is usually associated with retrograde starch, in particular if it is in contact with lipids. In the case of the present invention, it has been postulated that the structure of starch allows a close relationship between plant lipids and starch to be formed, which results in a V-complex structure. It is believed that this form of starch may have health benefits, since it has reduced digestibility and, therefore, can contribute to resistant starch.

Другие формы структуры могут также являться результатом взаимодействия липид-крахмал и включают в себя некристаллические комплексы липид-крахмал. Таким образом, можно также сказать, что данное изобретение относится к растению ячменя, показывающему заметные количества комплексов крахмал-липид в крахмальном содержимом эндосперма его зерна, являющиеся результатом пониженных уровней активности одного или более чем одного фермента синтеза амилопектина. Крахмалы, которые содержат комплексы крахмал-липид, включая те, которые проявляют V-комплексную структуру, также обычно устойчивы к ферментативному гидролизу и, следовательно, вносят вклад в уровни диетической клетчатки. Предпочтительно доля кристаллического крахмала, проявляющего форму кристалличности, характерную для комплекса крахмал-липид, выше чем примерно 50%, и более предпочтительно выше чем примерно 80%.Other forms of structure may also result from lipid-starch interactions and include non-crystalline lipid-starch complexes. Thus, it can also be said that the present invention relates to a barley plant, showing appreciable amounts of starch-lipid complexes in the starch content of its grain endosperm, resulting from reduced levels of activity of one or more of the amylopectin synthesis enzyme. Starches that contain starch-lipid complexes, including those that exhibit a V-complex structure, are also usually resistant to enzymatic hydrolysis and therefore contribute to dietary fiber levels. Preferably, the proportion of crystalline starch exhibiting a crystallinity form characteristic of the starch-lipid complex is higher than about 50%, and more preferably higher than about 80%.

Крахмал, кроме наличия V-комплексной формы крахмала, может также не проявлять заметных количеств А-комплексных форм крахмала. Отсутствие А-комплекса можно рассматривать как показатель наличия крахмала по данному изобретению.Starch, in addition to the presence of a V-complex form of starch, may also not show appreciable amounts of A-complex forms of starch. The absence of the A complex can be considered as an indicator of the presence of starch according to this invention.

Обнаружено также, что температура пастирования крахмалов и продукта, полученных из зерна по данному изобретению, значительно повышена. Температуры пастирования известных крахмалов составляют менее чем 70°С, как для нормального, так и для высокоамилозного крахмалов. Крахмалы по настоящему изобретению, однако, предпочтительно проявляют температуры пастирования выше чем примерно 75°С, или более предпочтительно выше чем примерно 80°С. Следует отметить, что эти характеристики являются эмпирическими, и их можно рассматривать как относящиеся к такому измерению других крахмалов.It was also found that the temperature of pasteurization of starches and product obtained from grain according to this invention is significantly increased. The pasting temperatures of known starches are less than 70 ° C. for both normal and high amylose starches. The starches of the present invention, however, preferably exhibit pasteurization temperatures higher than about 75 ° C, or more preferably higher than about 80 ° C. It should be noted that these characteristics are empirical, and can be considered as related to such a measurement of other starches.

Обнаружено, что крахмал растения ячменя, служащего примером, имеет значительные количества диетической клетчатки и устойчивого крахмала, причем преимущественно это повышение является, по меньшей мере частично, результатом высокого относительного уровня амилозы, однако, вклад в диетическую клетчатку может также являться результатом комплексов крахмал/липид, включая V-комплекс, либо тесной связи амилозы или амилопектина с β-глюканом. Подобным образом, просто повышенный уровень β-глюкана может также вносить значительный вклад в повышение уровня диетической клетчатки.It has been found that the starch of the barley plant serving as an example has significant amounts of dietary fiber and resistant starch, and this increase is mainly, at least in part, the result of a high relative level of amylose, however, the contribution to dietary fiber may also be the result of starch / lipid complexes including the V complex, or a close bond of amylose or amylopectin with β-glucan. Similarly, simply elevated levels of β-glucan can also contribute significantly to increased levels of dietary fiber.

Повышенные относительные уровни амилозы в эндосперме растения ячменя, служащего примером, по всей вероятности, являются результатом измененного продуцирования амилопектина в результате снижения уровня активности фермента SSII.The increased relative amylose levels in the endosperm of the barley plant, which serves as an example, are likely to be the result of altered amylopectin production as a result of a decrease in the level of SSII enzyme activity.

Можно ожидать, что мутации в гене, кодирующем этот фермент, проявляются в повышенном содержании амилозы и/или в снижении уровня амилопектина. В тех случаях, когда снижен только синтез амилопектина, крахмал проявляет повышенный относительный уровень амилозы.Mutations in the gene encoding this enzyme can be expected to show up in increased amylose and / or in a decrease in amylopectin. In cases where only amylopectin synthesis is reduced, starch exhibits an increased relative level of amylose.

Пониженной активности фермента синтеза амилопектина можно достичь в результате подходящих мутаций в пределах соответствующего гена или регуляторных последовательностей этого гена. Степень, до которой этот ген ингибирован, будет до некоторой степени определять характеристики получаемого крахмала. Мутации, служащие примером, по данному изобретению, представляющие собой мутации SSII ячменя, представляют собой мутанты усечения, и известно, что они оказывают значительное воздействие на природу крахмала, однако, измененная структура амилопектина также будет результатом мутанта с просачивающимся исходным фенотипом, который достаточно снижает активность фермента синтеза амилопектина, чтобы обеспечить интересующую характеристику крахмала или зерна ячменя. Другие хромосомные перестройки могут быть также эффективны, и они могут включать в себя делеции, инверсии, дупликации или точечные мутации.The reduced activity of the amylopectin synthesis enzyme can be achieved by suitable mutations within the corresponding gene or regulatory sequences of that gene. The degree to which this gene is inhibited will to some extent determine the characteristics of the resulting starch. The mutations that serve as an example according to the invention, which are SSII barley mutations, are truncation mutants, and it is known that they have a significant effect on the nature of starch, however, the altered structure of amylopectin will also be the result of a mutant with a seeping parent phenotype that sufficiently reduces activity an amylopectin synthesis enzyme to provide an interesting characteristic of starch or barley grain. Other chromosomal rearrangements may also be effective, and they may include deletions, inversions, duplications, or point mutations.

Такие мутации можно вводить в желаемые генетические фоны либо путем мутагенеза интересующих сортов, но, что более надежно, путем скрещивания мутанта с растением желаемого генетического фона и проведения подходящего числа обратных скрещиваний для вытеснения исходно нежелательного родительского генетического фона. Выделения мутаций можно достичь с помощью отбора растений, подвергнутых мутагенезу.Such mutations can be introduced into the desired genetic backgrounds either by mutagenesis of the varieties of interest, but, more reliably, by crossing the mutant with the plant of the desired genetic background and carrying out a suitable number of backcrosses to displace the initially undesirable parental genetic background. Isolation of mutations can be achieved by selection of plants subjected to mutagenesis.

В качестве альтернативы общепринятым способам можно предпринять молекулярно-биологический подход. Последовательность SSII представлена в данном описании. Векторы, несущие желаемые мутации и селектируемый маркер, можно вводить в культуры тканей растений или в подходящие растительные системы, такие как протопласты. Растения, где мутация интегрирована в хромосому с замещением существующего аллеля дикого типа, можно подвергать отбору с помощью, например, использования подходящего зонда, представляющего собой нуклеиновую кислоту, специфичную для этой мутации, и наблюдения фенотипа. Способы трансформации однодольных растений, таких как ячмень, и регенерации растений из протопластов или незрелых растительных эмбрионов, хорошо известны в данной области техники, смотри, например, Канадскую патентную заявку 2092588 Nehra, Австралийскую патентную заявку №61781/94 National Research Council of Canada, Австралийский патент №667939 Japan Tobacco Inc., Международную патентную заявку PCT/US97/10621 Monsanto Company, патент США 5589617, а другие способы изложены в WO99/14314.As an alternative to conventional methods, a molecular biological approach can be taken. The sequence of SSII is presented in this description. Vectors carrying the desired mutation and a selectable marker can be introduced into plant tissue cultures or into suitable plant systems such as protoplasts. Plants where the mutation is integrated into the chromosome to replace the existing wild-type allele can be selected using, for example, the use of a suitable probe, which is a nucleic acid specific for this mutation, and observing the phenotype. Methods for transforming monocotyledonous plants such as barley and regenerating plants from protoplasts or immature plant embryos are well known in the art, see, for example, Canadian Patent Application 2092588 Nehra, Australian Patent Application No. 61,781 / 94 National Research Council of Canada, Australian Patent No. 666939 Japan Tobacco Inc., International Patent Application PCT / US97 / 10621 by Monsanto Company, US Patent 5,589,617, and other methods are set forth in WO99 / 14314.

Можно также предпринять другие известные подходы к изменению активности фермента синтеза амилопектина, иные чем использование мутаций. Так, например, это можно сделать путем экспрессии подходящих антисмысловых молекул, которые препятствуют транскрипции или процессингу гена или генов, кодирующих фермент синтеза амилопектина. Они могут быть основаны на последовательности ДНК, описанной здесь для гена SSII ячменя. Это могут быть антисмысловые последовательности для структурных генов или для последовательностей, которые осуществляют контроль над экспрессией гена или событием сплайсинга. На эти последовательности ссылки приведены выше. Способы разработки аинтисмысловых последовательностей хорошо известны в данной области техники, и их примеры можно найти, например, в патенте США 5190131, ЕР 0467349 A1, ЕР 0223399 A1 и в ЕР 0240208, которые включены здесь путем ссылки в том смысле, что в них приведены способы осуществления антисмысловых методик. Способы введения и сохранения таких последовательностей в растениях также опубликованы и известны.You can also take other well-known approaches to changing the activity of the enzyme synthesis of amylopectin, other than the use of mutations. For example, this can be done by expressing suitable antisense molecules that interfere with the transcription or processing of the gene or genes encoding the amylopectin synthesis enzyme. They can be based on the DNA sequence described here for the barley SSII gene. These can be antisense sequences for structural genes or for sequences that control the expression of a gene or splicing event. These sequences are referenced above. Methods for developing antisense sequences are well known in the art, and examples thereof can be found, for example, in US Pat. implementation of antisense techniques. Methods for introducing and maintaining such sequences in plants are also published and known.

Вариантом антисмысловой методики является использование рибозимов. Рибозимы представляют собой молекулы РНК с ферментативной функцией, которая может расщеплять другие молекулы РНК в специфичных сайтах, определенных антисмысловой последовательностью. Расщепление РНК блокирует экспрессию гена-мишени. Ссылка дана на ЕР 0321201 и WO 97/45545.A variant of the antisense technique is the use of ribozymes. Ribozymes are RNA molecules with an enzymatic function that can cleave other RNA molecules at specific sites defined by an antisense sequence. RNA cleavage blocks the expression of the target gene. Reference is made to EP 0321201 and WO 97/45545.

Другим молекулярно-биологическим подходом, который также можно использовать, является косупрессия. Механизм косупрессии не полностью понятен, но он включает в себя внесение в растение экстра-копии гена в нормальной ориентации. В некоторых случаях эта дополнительная копия гена препятствует экспрессии гена-мишени растения. На способы осуществления технологии косупрессии сделана ссылка на WO 97/20936 и ЕР 0465572.Another molecular biological approach that can also be used is cosuppression. The mechanism of cosuppression is not fully understood, but it involves the introduction of an extra copy of the gene in a normal orientation into the plant. In some cases, this additional copy of the gene interferes with the expression of the target gene of the plant. Methods for implementing cosuppression technology are referenced in WO 97/20936 and EP 0465572.

Следующим способом, который можно применять, используя последовательности ДНК, является генная супрессия, опосредованная дуплексной или двунитевой РНК. При данном способе используют ДНК, которая направляет синтез двунитевого продукта РНК. Присутствие этой двунитевой молекулы запускает ответ из защитной системы растения, который разрушает и двунитевую РНК, и также РНК, происходящую от гена-мишени растения, эффективно снижая или элиминируя активность этого гена-мишени. На способы применения этой методики сделана ссылка на Австралийский патент 99/292514-А и WO 99/53050.The next method that can be used using DNA sequences is gene suppression mediated by duplex or double-stranded RNA. This method uses DNA, which directs the synthesis of a double-stranded RNA product. The presence of this double-stranded molecule triggers a response from the plant’s defense system, which destroys both double-stranded RNA and also RNA from the target gene of the plant, effectively reducing or eliminating the activity of this target gene. Methods of applying this technique are referenced in Australian patent 99/292514-A and WO 99/53050.

Следует понимать, что данное изобретение вероятно является результатом понижения уровней активности двух или более чем двух из указанных выше генов при использовании молекулярно-биологического подхода.It should be understood that this invention is likely the result of lowering the activity levels of two or more than two of the above genes using the molecular biological approach.

Одним из важных продуктов, который можно рассматривать, в частности, как результат высокого содержания амилозы и высокого содержания β-глюкана, является низкокалорийный продукт с пониженным гликемическим индексом. Низкокалорийный продукт может быть основан на включении муки, полученной из измельченного зерна. Однако может быть желательно сначала переработать это зерно в перловую крупу, удаляя, возможно, 10% или 20% масс/масс зерна, тем самым удаляя алейроновый слой, и при большем измельчении удаляя также зародыш. Эффект стадии переработки ячменя в перловую крупу состоит в снижении содержания липида и, следовательно, в снижении калорийности пищевого продукта. Такие пищевые продукты будут обладать эффектом насыщения, улучшения здоровья толстого кишечника, снижения сывороточной концентрации глюкозы и липида после приема пищи, а также обеспечения низкокалорийного пищевого продукта. Использование продукта в виде перловой крупы приведет в результате к уменьшению питательной ценности, обеспечиваемой алейроновым слоем и зародышем. Мука, полученная из продукта в виде перловой крупы, вероятно, имеет улучшенный внешний вид, поскольку продукт, полученный таким способом, имеет тенденцию к белому цвету.One of the important products, which can be considered, in particular, as a result of a high content of amylose and a high content of β-glucan, is a low-calorie product with a low glycemic index. A low-calorie product can be based on the inclusion of flour obtained from crushed grain. However, it may be desirable to first process this grain into pearl barley, removing perhaps 10% or 20% of the mass / mass of grain, thereby removing the aleurone layer, and also removing the nucleus with larger grinding. The effect of the stage of processing barley into pearl barley is to reduce the lipid content and, therefore, to reduce the calorie content of the food product. Such foods will have the effect of saturating, improving the health of the large intestine, lowering the serum concentration of glucose and lipid after eating, and also providing a low-calorie food product. The use of the product in the form of pearl barley will result in a decrease in the nutritional value provided by the aleurone layer and the germ. Flour obtained from the product in the form of pearl barley probably has an improved appearance, since the product obtained in this way has a tendency to white.

Аспекты данного изобретения также являются результатом комбинации алейронового слоя и зародыша в сочетании с высокими уровнями диетической клетчатки. Конкретно это является результатом несколько более высоких относительных уровней алейрона или зародыша, имеющихся в зерне, служащем примером. Во-первых, ячмень имеет значительно более высокий алейроновый слой, чем другие имеющиеся в продаже хлебные злаки, в результате наличия трехклеточного алейронового слоя. Во-вторых, зерно ячменя, служащее примером, также является сморщенным, что означает, что эндосперм присутствует в сниженных количествах, следствием чего является то, что алейроновый слой и зародыш присутствуют в повышенных относительных количествах. Таким образом, ячмень имеет относительно высокий уровень некоторых полезных элементов или витаминов в сочетании с системой доставки устойчивого крахмала, и такие элементы включают в себя двухвалентные катионы, такие как биологически доступный Са++, и витамины, такие как фолат, или антиоксиданты, такие как токоферолы и токотриенолы. Таким образом, установлено, что кальций обеспечивает материал для роста и образования кости и другой кальцинированной ткани и снижает риск остеопороза более поздних периодов жизни. Обнаружено, что фолиевая кислота обладает защитным эффектом против пороков нервной трубки при разумном употреблении и снижает риск сердечно-сосудистого заболевания, тем самым усиливая эффекты сочетания устойчивого крахмала и β-глюкана. Также считают, что фолиевая кислота обладает эффектом снижения риска некоторых видов рака. Токоферол и токотриенолы приносят пользу в качестве антиоксидантов, и считают, что они снижают риск рака и сердечного заболевания, а также они обладают эффектом снижения нежелательных эффектов окисления компонентов пищи, таких как жирные кислоты, которые могут привести к прогорклости. В то время как эти компоненты данной предпочтительной формы зерна ячменя или продукты, полученные из них, удобно помещены в одном зерне. Одной из конкретных форм измельченного продукта может быть такая форма, где алейроновый слой включен в этот измельченный продукт. Конкретный процесс измельчения можно осуществить так, чтобы увеличить количество алейронового слоя в измельченном продукте. На такой способ сделана ссылка на Fenech et al. ((1999), J. Nutr, 129: 1114-1119). Таким образом, любой продукт, полученный из зерна, измельченного или иначе обработанного для включения алейронового слоя и зародыша, будет иметь дополнительную питательную пользу, не требуя добавления этих элементов из отдельных источников.Aspects of the present invention are also the result of a combination of the aleurone layer and the germ in combination with high levels of dietary fiber. Specifically, this is the result of several higher relative levels of an aleuron or germ present in the example grain. First, barley has a significantly higher aleurone layer than other commercially available cereals, as a result of the presence of a three-cell aleurone layer. Secondly, the barley grain, which is an example, is also shriveled, which means that the endosperm is present in reduced amounts, resulting in the fact that the aleurone layer and the germ are present in increased relative amounts. Thus, barley has a relatively high level of certain beneficial elements or vitamins in combination with a sustainable starch delivery system, and such elements include divalent cations, such as bioavailable Ca ++ , and vitamins, such as folate, or antioxidants, such as tocopherols and tocotrienols. Thus, it was found that calcium provides material for the growth and formation of bone and other calcified tissue and reduces the risk of osteoporosis in later periods of life. Folic acid has been found to have a protective effect against neural tube defects when used wisely and reduces the risk of cardiovascular disease, thereby enhancing the effects of the combination of resistant starch and β-glucan. Folic acid is also believed to have the effect of reducing the risk of certain types of cancer. Tocopherol and tocotrienols are beneficial as antioxidants, and are believed to reduce the risk of cancer and heart disease, and they have the effect of reducing the undesirable effects of oxidizing food components such as fatty acids, which can lead to rancidity. While these components of this preferred form of barley grain or the products obtained from them are conveniently placed in one grain. One of the specific forms of the ground product may be one where the aleurone layer is included in the ground product. A specific grinding process can be carried out so as to increase the amount of the aleurone layer in the crushed product. This method is referred to by Fenech et al. ((1999), J. Nutr, 129: 1114-1119). Thus, any product obtained from grain, crushed or otherwise processed to include the aleurone layer and the germ, will have additional nutritional benefits without requiring the addition of these elements from separate sources.

Следует понимать, что растение ячменя по настоящему изобретению предпочтительно представляет собой растение, имеющее зерно, которое является полезным для получения пищевых продуктов и, в частности, для промышленного получения пищевых продуктов. Такое получение может включать в себя получение муки или другого продукта, который может представлять собой ингредиент в промышленном получении пищевых продуктов. Более низким уровнем пригодности может быть содержание крахмала выше чем примерно 12%, или, возможно, выше чем примерно 15%. Или, подобным образом, он может включать в себя способность к измельчению зерна; таким образом, хотя ячмень в виде перловой крупы можно производить из большинства форм зерна, некоторые конфигурации зерна особенно устойчивы к измельчению. Другой характеристикой, которая может влиять на разнообразие продукции промышленно применимого зерна, является обесцвечивание произведенного продукта. Таким образом, если шелуха или другая часть зерна проявляет значительное окрашивание, например пурпурное, оно будет проявляться через весь продукт и ограничивать его промышленные применения только до таких областей применения, как компонент хлеба, содержащего окрашенные цельные или дробленые зерна. Как правило, также удобнее, чтобы растения ячменя были беспокровным, поскольку наличие шелухи на зернах ячменя вводит значительные трудности при обработке зерна. Другим аспектом, который может придать растению ячменя более высокую ценность, является аспект на основе экстракции крахмала из зерна, причем более высокие степени экстракции более полезны. Форма зерна также является еще одним признаком, который может влиять на промышленную пригодность растения, таким образом, форма зерна может влиять на легкость или что-либо другое, с помощью чего это зерно можно измельчить, так, например, зерно растения ячменя МК6827 имеет необычно очень продолговатую морфологию зерна, которая затрудняет его измельчение и обработку. Удобной характеристикой этой продолговатой формы и применимости является отношение двух морфологических характеристик - длины зерна к толщине зерна (отношение L/T). Это отношение часто обусловлено природой крахмала. Авторами изобретения обнаружено, что МК6827 имеет отношение L/T больше 6. Растения ячменя, подвергнутые такому отбору, несущие мутантный ген SSII, имеют отношение L/T, находящееся в диапазоне от примерно 4 до примерно 5, хотя ожидают, что его можно расширить даже до большего диапазона, чтобы они все же были полезны, возможно, менее чем примерно 5,8 или по меньшей мере 5,5.It should be understood that the barley plant of the present invention is preferably a plant having a grain, which is useful for obtaining food products and, in particular, for the industrial production of food products. Such preparation may include the production of flour or another product, which may be an ingredient in industrial food production. A lower level of suitability may be a starch content higher than about 12%, or possibly higher than about 15%. Or, in a similar way, it may include the ability to grind grain; thus, although barley in the form of pearl barley can be produced from most forms of grain, some grain configurations are particularly resistant to grinding. Another characteristic that may affect the variety of products of industrially applicable grain is the discoloration of the produced product. Thus, if the husk or other part of the grain shows a significant coloring, for example purple, it will manifest itself through the entire product and limit its industrial applications only to applications such as the bread component containing colored whole or crushed grains. As a rule, it is also more convenient for barley plants to be bloodless, since the presence of husks on barley grains introduces considerable difficulties in the processing of grain. Another aspect that can give a barley plant a higher value is an aspect based on the extraction of starch from grain, with higher degrees of extraction being more beneficial. The shape of the grain is also another sign that can affect the industrial suitability of the plant, so the shape of the grain can affect the lightness or something else that can be used to grind it, for example, the grain of the barley plant MK6827 has an unusually high oblong grain morphology, which complicates its grinding and processing. A convenient characteristic of this oblong shape and applicability is the ratio of two morphological characteristics - grain length to grain thickness (L / T ratio). This relationship is often due to the nature of starch. The inventors found that MK6827 has an L / T ratio greater than 6. Barley plants subjected to such selection, carrying the mutant SSII gene, have an L / T ratio ranging from about 4 to about 5, although it is expected that it can even be expanded to a larger range, so that they are still useful, possibly less than about 5.8 or at least 5.5.

Желаемый генетический фон будет включать в себя соображения промышленного выхода и другие характеристики. Такие характеристики могут включать в себя, желательно ли иметь озимый или яровой тип ячменя, агрономическую характеристику, устойчивость к болезням и устойчивость к абиотическому стрессу. В Австралии может быть желательно скрещивать с сортами ячменя, такими как Sloop, Schooner, Chebec, Franklin, Arapiles, Tantangara, Galleon, Gairdner или Picolla. Представленные примеры являются конкретными для Австралийского промышленного района, а для других районов выращивания могут быть подходящими другие сорта.The desired genetic background will include considerations of industrial yield and other characteristics. Such characteristics may include whether it is desirable to have winter or spring type of barley, an agronomic characteristic, disease resistance and resistance to abiotic stress. In Australia, it may be desirable to cross-breed with barley varieties such as Sloop, Schooner, Chebec, Franklin, Arapiles, Tantangara, Galleon, Gairdner or Picolla. The examples presented are specific to the Australian Industrial Area, and other varieties may be suitable for other growing areas.

Более наполненное зерно может быть желательным в отношении достижения более высоких выходов и некоторых преимуществ, которые можно достичь данным изобретением, таких как производство крахмала с высокими уровнями амилозы или варианта крахмала с измененными распределениями длин цепей. Другие аспекты данного изобретения могут, однако, быть лучше достигнуты с помощью зерна, которое является менее наполненным. Таким образом, доля алейронового слоя или зародыша в отношении к крахмалу может быть выше в менее наполненном зерне, тем самым обеспечивая ячменную муку или другой продукт, который имеет больше полезных составных частей алейронового слоя. Продукт с высоким алейроновым слоем может, таким образом, иметь более высокое содержание некоторых витаминов, таких как фолат, или более высокое содержание некоторых минералов, таких как кальций, и это в сочетании с более высокими уровнями устойчивого крахмала и/или более высокими уровнями β-глюкана может обеспечить синергические эффекты, такие как обеспечение усиленной абсорбции минералов в толстом кишечнике.A more complete grain may be desirable with respect to achieving higher yields and some of the advantages that can be achieved by this invention, such as producing starch with high levels of amylose or a variant of starch with altered chain length distributions. Other aspects of the present invention can, however, be better achieved with grain, which is less full. Thus, the proportion of the aleurone layer or germ in relation to starch can be higher in less full grain, thereby providing barley flour or another product that has more useful constituents of the aleurone layer. A product with a high aleurone layer may thus have a higher content of certain vitamins, such as folate, or a higher content of certain minerals, such as calcium, and this in combination with higher levels of resistant starch and / or higher levels of β- glucan can provide synergistic effects, such as providing enhanced absorption of minerals in the colon.

Чтобы максимизировать количество амилозы, для растения ячменя также может быть желательно иметь другие фенотипические характеристики в дополнение к пониженной активности одного или более чем одного фермента синтеза амилопектина. Генетический фон может, следовательно, включать в себя дополнительно высокоамилозный фенотип, например, мутацию amo 1 в АС38 (причинный ген неизвестен) и мутацию waxy (обнаруженную, например, в сорте Waxiro). Дополнительно может быть желательно получать двойные мутации у других доступных мутантов ячменя со сморщенными эндоспермами, где причинный ген неизвестен.In order to maximize the amount of amylose, it may also be desirable for a barley plant to have other phenotypic characteristics in addition to the reduced activity of one or more of the amylopectin synthesis enzyme. The genetic background may therefore also include an additional high amylose phenotype, for example, the amo 1 mutation in AC38 (the causative gene is unknown) and the waxy mutation (found, for example, in the Waxiro variety). Additionally, it may be desirable to obtain double mutations in other available barley mutants with shrunken endosperms where the causative gene is unknown.

В следующем аспекте данное изобретение относится к зерну, полученному из растения ячменя, ссылаясь на данное описание.In a further aspect, the invention relates to grain obtained from a barley plant, referring to this description.

Следует также понимать, что в объем данного изобретения входит обработанное зерно, включая измельченное, размолотое, дробленое, в виде перловой крупы или зерновых хлопьев, либо продукт, полученный из обработанного или цельного зерна растения ячменя, на которое ссылаются выше, включая муку. Эти продукты затем можно использовать в различных пищевых продуктах, например в мучных продуктах, таких как хлеба, пирожные, бисквиты и тому подобное, либо в пищевых добавках, таких как загустители, либо для получения солодовых или других ячменных напитков, лапши и супов быстрого приготовления.It should also be understood that the scope of the present invention includes processed grain, including chopped, ground, crushed, in the form of pearl barley or cereal flakes, or a product obtained from the processed or whole grain barley plants referred to above, including flour. These products can then be used in various food products, for example in flour products, such as bread, cakes, biscuits and the like, or in food additives, such as thickeners, or for malt or other barley drinks, noodles and instant soups.

Альтернативно, в объем данного изобретения входит крахмал, выделенный из зерна растения ячменя, на которое ссылаются выше. Крахмал можно выделить с помощью известных методик.Alternatively, starch isolated from the grain of a barley plant referred to above is included within the scope of this invention. Starch can be isolated using known techniques.

Следует понимать, что одним из преимуществ настоящего изобретения является то, что в нем предложен один или более чем один продукт, который обладает особенной питательной ценностью, и, кроме того, это сделано без необходимости модифицировать крахмал или другие составные части зерна ячменя.It should be understood that one of the advantages of the present invention is that it offers one or more than one product that has a particular nutritional value, and, moreover, this is done without the need to modify starch or other constituents of barley grain.

Однако может быть желательно создавать модификации крахмала, β-глюкана или другой составной части зерна, и в объем изобретения входит такая модифицированная составная часть.However, it may be desirable to make modifications of starch, β-glucan or other constituent of the grain, and such a modified constituent is within the scope of the invention.

Способы модификации известны и включают в себя экстракцию крахмала или β-глюкана, либо другой составной части общепринятыми способами и модификацию крахмалов до получения желаемой устойчивой формы.Modification methods are known and include the extraction of starch or β-glucan, or other constituent parts by conventional methods, and the modification of starches to obtain the desired stable form.

Таким образом, крахмал или β-глюкан можно модифицировать либо однократно, либо многократно посредством использования обработки, выбранной из группы, включающей в себя, но не ограниченной ими, нагревание и/или увлажнение, физическая обработка (например, дробление на шаровой мельнице), ферментативный (при использовании, например, α- или β-амилазы, пуллаланазы или тому подобного), химический гидролиз (влажный или сухой при использовании жидких или газообразных реагентов), окисление, поперечное связывание с дифункциональными реагентами (например, триметафосфатом натрия, оксихлоридом фосфора) или карбоксиметилирование.Thus, starch or β-glucan can be modified either once or repeatedly by using a treatment selected from the group including, but not limited to, heating and / or moistening, physical treatment (e.g., ball mill crushing), enzymatic (when using, for example, α- or β-amylase, pullallanase, or the like), chemical hydrolysis (wet or dry using liquid or gaseous reagents), oxidation, cross-linking with difunctional reagents (for example measures, sodium trimethaphosphate, phosphorus oxychloride) or carboxymethylation.

Содержание диетической клетчатки зерна ячменя, служащего примером, не является исключительно результатом повышенного относительного содержания амилозы в эндосперме. Одной из основных причин является то, что β-глюкан присутствует в повышенных уровнях и вносит значительный вклад в уровень диетической клетчатки. Вероятно, также имеются защитные эффекты вследствие связывания β-глюкана с крахмальной гранулой, причем прочность этой связи потенциально обеспечивает защитный эффект для крахмала, чтобы посредством этого обеспечить устойчивость, которую можно охарактеризовать как RS1 форму, которая до некоторой степени недоступна ферментативному гидролизу. Подобным образом наличие связи крахмал-липид, как измерено на основании V-комплексной кристалличности, также, вероятно, вносит вклад в уровень устойчивого углевода. В данном случае устойчивость, вероятно, возникает вследствие физической недоступности в связи с присутствием липида и, соответственно, ее можно рассматривать как RS1 крахмал. Таким образом, известно, что ретроградированный крахмал, который принимает V-комплексную конфигурацию, высоко устойчив к ферментативному гидролизу и, соответственно, ожидают, что амилопектин, который образует часть крахмальной гранулы, имеющей V-комплексную кристаллическую структуру, будет обладать повышенной устойчивостью к ферментативному гидролизу. В-третьих, крахмал растения ячменя, служащего примером, может быть устойчив к ферментативному гидролизу вследствие структуры крахмальной гранулы и, соответственно, может иметь RS2 крахмал.The dietary fiber content of barley grain, which serves as an example, is not solely the result of increased relative amylose content in the endosperm. One of the main reasons is that β-glucan is present at elevated levels and makes a significant contribution to the level of dietary fiber. There are probably also protective effects due to the binding of β-glucan to the starch granule, the strength of this bond potentially providing a protective effect for starch, thereby ensuring stability, which can be described as the RS1 form, which is somewhat inaccessible to enzymatic hydrolysis. Similarly, the presence of a starch-lipid bond, as measured based on V-complex crystallinity, is also likely to contribute to the level of stable carbohydrate. In this case, resistance is likely due to physical inaccessibility due to the presence of lipid and, accordingly, it can be considered as RS1 starch. Thus, it is known that retrograde starch, which assumes a V-complex configuration, is highly resistant to enzymatic hydrolysis and, accordingly, it is expected that amylopectin, which forms part of a starch granule having a V-complex crystalline structure, will have enhanced resistance to enzymatic hydrolysis . Thirdly, the starch of the barley plant, which serves as an example, may be resistant to enzymatic hydrolysis due to the structure of the starch granule and, accordingly, may have RS2 starch.

Следует понимать, что, хотя различные указания даны как на аспекты настоящего изобретения, данное изобретение может относиться к комбинациям двух или более чем двух аспектов настоящего изобретения.It should be understood that, although various indications are given as aspects of the present invention, the present invention may relate to combinations of two or more than two aspects of the present invention.

ПРИМЕР 1EXAMPLE 1

ПредпосылкиBackground

Синтез крахмала в эндосперме высших растений осуществляется рядом ферментов, которые катализируют четыре ключевые стадии. Во-первых, АДФ-глюкозопирофосфорилаза активирует мономерный предшественник крахмала посредством синтеза АДФ-глюкозы из G-1-P и АТФ. Во-вторых, активированный донор гликозила, АДФ-глюкоза, переносится к невосстанавливающему концу ранее существовавшей α-1-4 связи синтазами крахмала. В-третьих, ферменты разветвления крахмала вводят точки разветвления посредством расщепления участка α-1,4-связанного глюкана с последующим переносом отщепленной цепи на акцепторную цепь с образованием новой α-1,6 связи. Наконец, генетические исследования показывают, что ферменты удаления разветвления цепи крахмала существенны для синтеза нормальных количеств крахмала у высших растений, однако, механизм, посредством которого действуют ферменты удаления разветвления цепи, не решен (Myers et at., 2000).The synthesis of starch in the endosperm of higher plants is carried out by a number of enzymes that catalyze four key stages. First, ADP-glucose pyrophosphorylase activates the monomeric starch precursor by synthesizing ADP-glucose from G-1-P and ATP. Secondly, the activated glycosyl donor, ADP-glucose, is transferred to the non-reducing end of the pre-existing α-1-4 linkage of starch synthases. Thirdly, starch branching enzymes introduce branch points by cleaving a portion of α-1,4-linked glucan, followed by transferring the cleaved chain to an acceptor chain to form a new α-1,6 bond. Finally, genetic studies show that starch branching removal enzymes are essential for synthesizing normal amounts of starch in higher plants, however, the mechanism by which branching branching enzymes act is unclear (Myers et at., 2000).

Хотя ясно, что по меньшей мере эти четыре активности необходимы для синтеза нормальной крахмальной гранулы у высших растений, в эндосперме высших растений обнаружены множественные изоформы каждой из этих четырех активностей, и для индивидуальных изоформ предположили конкретные роли на основании мутационного анализа (Wang et al., 1998, Buleon et al., 1998) или посредством модификации уровней генной экспрессии при использовании трансгенных подходов (Abel et al., 1996, Jobling et al., 1999, Scwall et al., 2000). Однако точные вклады каждой изоформы каждой активности в биосинтез крахмала до сих пор неизвестны, и неизвестно, различаются ли значительно эти вклады между видами. В эндосперме хлебных злаков присутствуют две изоформы АДФ-глюкозопирофосфорилазы, одна форма внутри амилопласта и одна форма в цитоплазме (Denyer et al., 1996, Thorbjornsen et al., 1996). Каждая форма состоит из двух типов субъединиц. Мутанты shrunken (sh2) и brittle (bt2) кукурузы означают повреждения в большой и малой субъединицах, соответственно (Girouz and Hannah, 1994). В эндосперме хлебных злаков обнаружены четыре класса синтазы крахмала, изоформа, исключительно локализованная внутри крахмальной гранулы, гранулосвязанная синтаза крахмала (GBSS, granule-bounded starch synthase), две формы, которые распределены между гранулой и растворимой фракцией (SSI, Li et al., 1999a, SSII, Li et al., 1999b) и четвертая форма, которая полностью локализована в растворимой фракции, SSIII (Сао et al., 2000, Li et al., 1999b, Li et al., 2000). Показано, что GBSS существенна для синтеза амилозы (Shure et al., 1983), и показано, что мутации в SSII и SSIII изменяют структуру амилопектина (Gao et al., 1998, Craig et al., 1998). Мутации, определяющие роль активности SSI, не описаны.Although it is clear that at least these four activities are necessary for the synthesis of normal starch granules in higher plants, multiple isoforms of each of these four activities were found in the endosperm of higher plants, and specific roles were suggested for individual isoforms based on mutational analysis (Wang et al., 1998, Buleon et al., 1998) or by modifying gene expression levels using transgenic approaches (Abel et al., 1996, Jobling et al., 1999, Scwall et al., 2000). However, the exact contributions of each isoform of each activity to starch biosynthesis are still unknown, and it is not known whether these contributions differ significantly between species. Two isoforms of ADP-glucose pyrophosphorylase, one form inside the amyloplast and one form in the cytoplasm, are present in the cereal endosperm (Denyer et al., 1996, Thorbjornsen et al., 1996). Each form consists of two types of subunits. The mutants shrunken (sh2) and brittle (bt2) of maize mean damage to the large and small subunits, respectively (Girouz and Hannah, 1994). Four classes of starch synthase were found in the cereal endosperm, an isoform exclusively localized inside the starch granule, granule-bound starch synthase (GBSS), two forms that are distributed between the granule and the soluble fraction (SSI, Li et al., 1999a SSII, Li et al., 1999b) and the fourth form, which is completely localized in the soluble fraction, SSIII (Cao et al., 2000, Li et al., 1999b, Li et al., 2000). GBSS has been shown to be essential for the synthesis of amylose (Shure et al., 1983), and it has been shown that mutations in SSII and SSIII alter the structure of amylopectin (Gao et al., 1998, Craig et al., 1998). Mutations that determine the role of SSI activity are not described.

В эндосперме хлебных злаков экспрессируются три формы разветвляющего фермента, разветвляющий фермент I (BEI, branching enzyme I), разветвляющий фермент IIa (BEIIa) и разветвляющий фермент IIb (BEIIb) (Hedman and Boyer, 1982, Boyer and Preiss, 1978, Mizuno et al., 1992, Sun et al., 1997). Показано, что у кукурузы и риса высокоамилозные фенотипы являются результатом повреждений в гене BEIIb (Boyer and Preiss, 1981, Mizuno et al., 1993). У этих мутантов содержание амилозы значительно повышено, а частота разветвлений остаточного амилопектина снижена. Кроме того, имеется значительный пул вещества, которое определяют как "промежуточное" между амилозой и амилопектином (Boyer et al., 1980, Takeda et al., 1993). Мутации, определяющие роли BEIIa и BEI, еще нужно описать, несмотря на то, что у картофеля негативная регуляция одного BEI оказывает минимальные воздействия на структуру крахмала (Filpse et al., 1996). Однако у картофеля комбинация негативной регуляции BEII и BEI дает намного более высокое содержание амилозы, чем негативная регуляция одного BEII (Schwall et al., 2000). Два типа ферментов, удаляющих разветвление цепи, присутствуют у высших растений и определены на основании их субстратной специфичности, ферменты, удаляющие разветвление цепи, типа изоамилазы и ферменты, удаляющие разветвление цепи, типа пуллуланазы (Myers et al., 2000). Мутации Sugary-1 у кукурузы и риса связаны с недостаточностью обоих ферментов, удаляющих разветвление цепи (James et al., 1995, Kubo et al., 1999), однако, причинная мутация картирована в той же локализации, что и ген фермента, удаляющего разветвление цепи, типа изоамилазы. У мутанта Chlamydomonas sta-7 (Mouille et al., 1996), аналога мутации sugary-1 кукурузы, имеется негативная регуляция одной изоамилазной активности.Three forms of a branching enzyme are expressed in the cereal endosperm, branching enzyme I (BEI, branching enzyme I), branching enzyme IIa (BEIIa) and branching enzyme IIb (BEIIb) (Hedman and Boyer, 1982, Boyer and Preiss, 1978, Mizuno et al ., 1992, Sun et al., 1997). In maize and rice, high amylose phenotypes are the result of damage to the BEIIb gene (Boyer and Preiss, 1981, Mizuno et al., 1993). In these mutants, the amylose content is significantly increased, and the branching frequency of residual amylopectin is reduced. In addition, there is a significant pool of material that is defined as “intermediate” between amylose and amylopectin (Boyer et al., 1980, Takeda et al., 1993). Mutations that determine the roles of BEIIa and BEI still need to be described, despite the fact that in potatoes, negative regulation of BEI alone has minimal effect on starch structure (Filpse et al., 1996). However, in potatoes, the combination of negative regulation of BEII and BEI gives a much higher amylose content than negative regulation of BEII alone (Schwall et al., 2000). Two types of branching branching enzymes are present in higher plants and are determined based on their substrate specificity, branching branching enzymes, such as isoamylase, and branching branching enzymes, such as pullulanase (Myers et al., 2000). Sugary-1 mutations in corn and rice are associated with a deficiency in both branching enzymes (James et al., 1995, Kubo et al., 1999), however, the causative mutation is mapped to the same location as the branching enzyme gene chains, such as isoamylase. The mutant Chlamydomonas sta-7 (Mouille et al., 1996), an analogue of the corn sugary-1 mutation, has a negative regulation of one isoamylase activity.

Известное варьирование структуры крахмала ячменя ограничено по сравнению с варьированием, доступным у кукурузы. Большинство высоко охарактеризованных мутаций представляют собой waxy и высокоамилозную мутацию, идентифицированную как АС38. Двойные мутанты также сконструированы и проанализированы (Schondelmaier et al., 1992, Fujita et al., 1999). Сообщают о широком диапазоне характеристик варьирования структуры и свойств крахмала (Czuchajowska et al., 1992; Schondelmaier et al., 1992; Vasanthan and Bhatty, 1995; Morrison et al., 1984; Gerring and DeHaas, 1974; Bankes et al., 1971; Persson and Christerson, 1997; Vasanthan and Bhatty, 1998; Czuchajowska et al., 1998; Song and Jane, 2000; Andreev et al., 1999; Yoshimoto et al., 2000), а также свойствах зерна (Swantson, 1992, Ahokas, 1979; Oscarsson et al., 1997; Oscarsson et al., 1998; Andersson et al., 1999; Elfverson et al., 1999; Bhatty, 1999; Zheng et al., 2000; Izydorczyk et al., 2000; Andersson et al., 2000), и исследована полезность этих мутантов в опытах кормления животных (Xue et al., 1996; Newman et al., 1978; Calvert et al., 1976; Wilson et al., 1975; Sundberg et al., 1998; Bergh et al., 1999), продуктов питания человека (Swantson et al., 1995; Fastnaught et al., 1996; Persson et al., 1996; Pomeranz et al., 1972) и питания человека (Pomeranz 1992; Granfeldt et al., 1994; Oscarsson et al., 1996; Akerberg et al., 1998).The known variation in the structure of barley starch is limited compared to the variation available in corn. Most of the highly characterized mutations are the waxy and high amylose mutations identified as AC38. Binary mutants are also designed and analyzed (Schondelmaier et al., 1992, Fujita et al., 1999). A wide range of characteristics of varying the structure and properties of starch is reported (Czuchajowska et al., 1992; Schondelmaier et al., 1992; Vasanthan and Bhatty, 1995; Morrison et al., 1984; Gerring and DeHaas, 1974; Bankes et al., 1971 ; Persson and Christerson, 1997; Vasanthan and Bhatty, 1998; Czuchajowska et al., 1998; Song and Jane, 2000; Andreev et al., 1999; Yoshimoto et al., 2000), as well as grain properties (Swantson, 1992, Ahokas, 1979; Oscarsson et al., 1997; Oscarsson et al., 1998; Andersson et al., 1999; Elfverson et al., 1999; Bhatty, 1999; Zheng et al., 2000; Izydorczyk et al., 2000; Andersson et al., 2000), and the utility of these mutants in animal feeding experiments has been investigated (Xue et al., 1996; Newman et al., 1978; Calvert et al., 1976; Wilson et al., 1975; Sundberg et al. , 1998; Bergh et al., 1999), food products human learning (Swantson et al., 1995; Fastnaught et al., 1996; Persson et al., 1996; Pomeranz et al., 1972) and human nutrition (Pomeranz 1992; Granfeldt et al., 1994; Oscarsson et al., 1996; Akerberg et al., 1998).

В настоящем примере авторы изобретения выделили новый класс высокоамилозного мутанта из ячменя. Эти мутантные линии имеют содержание амилозы (65-70%), выше чем известно у хорошо охарактеризованного мутанта High Amylose Glacier (AC38) (45-48%) (Walker et al., 1968), и имеют крахмал со структурой амилопектина, в которой имеется повышение частоты разветвлений крахмала, что противоположно сниженной частоте разветвлений, связанной с мутантом amylose extender у кукурузы (Takeda et al., 1993).In the present example, the inventors isolated a new class of high amylose mutant from barley. These mutant lines have an amylose content (65-70%), higher than that of the well characterized High Amylose Glacier (AC38) mutant (45-48%) (Walker et al., 1968), and have starch with an amylopectin structure in which there is an increase in the branching frequency of starch, which is the opposite of the reduced branching frequency associated with the amylose extender mutant in maize (Takeda et al., 1993).

Характеристики зерна и крахмала настоящего мутанта подробно исследованы, и картирована причинная мутация. Выделенные мутации аллельны известной ранее мутации shrunken у ячменя, sex6, и показано, что причинная мутация локализована внутри гена синтазы крахмала II. Эффекты этой мутации проливают новый свет на процесс биосинтеза крахмала и иллюстрируют, как мутации в специфичных генах могут иметь различные воздействия на структуру крахмала от вида к виду.The characteristics of the grain and starch of this mutant are investigated in detail, and the causal mutation is mapped. The isolated mutations are allelic to the previously known shrunken mutation in barley, sex6, and it was shown that the causative mutation is localized inside the starch synthase gene II. The effects of this mutation shed new light on the starch biosynthesis process and illustrate how mutations in specific genes can have different effects on the structure of starch from species to species.

Материалы и методыMaterials and methods

Мутагенез и отборMutagenesis and selection

Сорт беспокровного ячменя "Himalaya" подвергали мутагенезу, используя азид натрия, согласно Zwar and Chandler (1995). Селекцию вариантов с измененной морфологией зерна проводили согласно Green et al. (1997). Идентифицировали и поддерживали всего 75 линий с фенотипами сморщенного эндосперма согласно Green et al. (1997).The Himalaya barley variety was mutagenized using sodium azide according to Zwar and Chandler (1995). Selection of variants with altered grain morphology was performed according to Green et al. (1997). Only 75 lines with shrunken endosperm phenotypes were identified and maintained according to Green et al. (1997).

Выделение крахмалаStarch Isolation

Крахмал выделяли из зерна ячменя, используя способ Schulman et al. (1991).Starch was isolated from barley grain using the method of Schulman et al. (1991).

Методы определения амилозыAmylose determination methods

Определение отношения амилоза/амилопектин по методу ВЭЖХ для разделения крахмалов с неразветвленными цепями и по методу связывания йода проводили, как описано Batey and Curtin (1996). Анализ отношения амилоза/амилопектин путем анализа крахмалов с разветвленными цепями проводили согласно Case et al. (1998).The determination of the amylose / amylopectin ratio by HPLC for the separation of unbranched chain starches and by the iodine binding method was carried out as described by Batey and Curtin (1996). Analysis of the amylose / amylopectin ratio by analysis of branched chain starches was carried out according to Case et al. (1998).

Измерение содержания крахмалаStarch Measurement

Крахмал определяли, используя набор для анализа суммарного крахмала, поставляемый Megazyme (Bray, Co Wicklow, Republic of Ireland).Starch was determined using the total starch analysis kit supplied by Megazyme (Bray, Co Wicklow, Republic of Ireland).

Содержание белкаProtein content

Азот определяли методом Къельдаля, и содержание белка вычисляли, используя фактор 5,7.Nitrogen was determined by the Kjeldahl method, and protein content was calculated using factor 5.7.

Уровни β-глюканаΒ-glucan levels

β-Глюкан определяли, используя набор, поставляемый Megazyme (Bray, Со Wicklow, Republic of Ireland).β-Glucan was determined using a kit supplied by Megazyme (Bray, Co. Wicklow, Republic of Ireland).

Распределение длин цепей крахмалаStarch chain length distribution

Крахмалы подвергали удалению разветвления цепи, и распределения длин цепей анализировали, используя электрофорез углеводов с помощью флуорофора (FACE, fluorophore assisted carbohydrate electrophoresis), используя капиллярный электрофорез согласно Morell et al. (1998).Starches were removed by branching, and chain length distributions were analyzed using carbohydrate electrophoresis using fluorophore (FACE, fluorophore assisted carbohydrate electrophoresis) using capillary electrophoresis according to Morell et al. (1998).

ДСКDSC

Желатинизацию измеряли в дифференциальном сканирующем калориметре Pyris 1 (Perkin Elmer, Norwalk CT, USA). Крахмал смешивали с водой в соотношении 2 части воды: 1 часть крахмала, и эту смесь (40-50 мг, точно взвешенную) помещали в чашу из нержавеющей стали и герметично закрывали. Образец сканировали при 10°С в течение минуты от 20°С до 140°С с пустой чашей из нержавеющей стали в качестве сравнения. Температуры желатинизации и энтальпию определяли, используя программное обеспечение Pyris.Gelatinization was measured in a Pyris 1 differential scanning calorimeter (Perkin Elmer, Norwalk CT, USA). Starch was mixed with water in a ratio of 2 parts of water: 1 part of starch, and this mixture (40-50 mg, accurately weighed) was placed in a stainless steel bowl and tightly closed. The sample was scanned at 10 ° C for a minute from 20 ° C to 140 ° C with an empty stainless steel bowl as a comparison. Gelatinization temperatures and enthalpy were determined using Pyris software.

RVA-анализRVA analysis

Вязкость измеряли на Rapid-Visco-Analyser (RVA, Newport Scientific Pty Ltd, Warriewood, Sydney), используя условия, как описано Batey et al., 1997, для непросеянной муки. Чтобы ингибировать α-амилазы, во все анализы включали нитрат серебра в концентрации 12 мМ. Измеряемыми параметрами были пиковая вязкость (максимальная вязкость горячей пасты), сила удерживания, конечная вязкость и температура пастирования. Кроме того, вычисляли разложение (пиковая вязкость минус сила удерживания) и задержку (конечная вязкость минус сила удерживания).Viscosity was measured on a Rapid-Visco-Analyzer (RVA, Newport Scientific Pty Ltd, Warriewood, Sydney) using conditions as described by Batey et al., 1997, for wholemeal. To inhibit α-amylases, silver nitrate at a concentration of 12 mM was included in all assays. The measured parameters were peak viscosity (maximum viscosity of hot paste), retention force, final viscosity and paste temperature. In addition, decomposition (peak viscosity minus retention force) and delay (final viscosity minus retention force) were calculated.

Набухание мукиFlour swelling

Объем набухания муки определяли согласно способу Konik-Rose et al. (2001).The amount of flour swelling was determined according to the method of Konik-Rose et al. (2001).

Данные рентгеновского анализаX-ray analysis data

Данные дифракции рентгеновских лучей собирали, используя стандартные методики (Buleon et al., 1998).X-ray diffraction data was collected using standard techniques (Buleon et al., 1998).

Сканирующая электронная микроскопияScanning Electron Microscopy

Сканирующую электронную микроскопию проводили на оборудовании Joel JSM 35C. Очищенные крахмалы покрывали распылением золота и сканировали при 15 кВ при комнатной температуре.Scanning electron microscopy was performed using Joel JSM 35C equipment. Purified starches were sprayed with gold and scanned at 15 kV at room temperature.

Получение двойных гаплоидовGetting double haploids

Двойные гаплоиды получали из растений F1, имеющих происхождение от скрещиваний между 292 и Hordeum vulgare cv Tantangara и между 342 и Н.vulgare cv Tantangara Dr. P.Davies, Waite Institute, Adelaide, Australia.Double haploids were obtained from F1 plants, originating from crosses between 292 and Hordeum vulgare cv Tantangara and between 342 and H.vulgare cv Tantangara Dr. P. Davies, Waite Institute, Adelaide, Australia.

Анализ сцепленияClutch analysis

Данные генетического сцепления вычисляли, используя MapManager.Genetic linkage data was calculated using MapManager.

Конструирование библиотеки кДНК ячменяConstruction of the barley cDNA library

Пять мг полиА+мРНК из тканей эндосперма ячменя на 10, 12 и 15 сутки после опыления использовали для синтеза кДНК согласно протоколам (Life Technology). Для синтеза первой нити кДНК использовали праймер Notl-(dT) 18 (Pharmacia Biotech). Двунитевые кДНК лигировали с адаптером Sa/I-XhoI (Stratagene) и клонировали к плечам Sa/I-NotI ZipLox (Life Technology) после ферментативного гидролиза кДНК с использованием NotI с последующим фракционированием по размеру (колонка SizeStep 400 spun от Pharmacia Biotech). Лигированные кДНК упаковывали с упаковочным экстрактом Gigapack III Gold (Stratagene). Титр библиотеки, тестированный штаммом Е.coli Y1090(ZL), составлял 2×106 б.о.е. (бляшкообразующих единиц).Five mg of polyA + mRNA from barley endosperm tissues on the 10th, 12th and 15th day after pollination was used for cDNA synthesis according to the protocols (Life Technology). Notl- (dT) 18 primer (Pharmacia Biotech) was used to synthesize the first cDNA strand. Double-stranded cDNAs were ligated with a Sa / I-XhoI adapter (Stratagene) and cloned to the shoulders of a Sa / I-NotI ZipLox (Life Technology) after enzymatic hydrolysis of the cDNA using NotI followed by size fractionation (SizeStep 400 spun column from Pharmacia Biotech). Ligated cDNAs were packaged with Gigapack III Gold packaging extract (Stratagene). The library titer tested by E. coli strain Y1090 (ZL) was 2 × 10 6 b.p. (plaque forming units).

Клонирование специфичных участков кДНК синтазы крахмала II ячменя с использованием ПЦРCloning of specific sections of starch II starch synthase cDNA using PCR

Клон кДНК wSSIIp1 использовали для скрининга библиотеки кДНК ячменя. Этот клон кДНК wSSIIp1 получили с помощью ПЦР, используя праймеры ssIIa (TGTTGAGGTTCCATGGCACGTTC SEQ ID NO 9) и ssIIb (AGTCGTTCTGCCGTATGATGTCG SEQ ID NO 10), амплифицируя участок между положениями нуклеотидов 1435 и 1835 wSSIIA (GenBank номер по каталогу AF 155217).The wSSIIp1 cDNA clone was used to screen the barley cDNA library. This wSSIIp1 cDNA clone was obtained by PCR using the primers ssIIa (TGTTGAGGTTCCATGGCACGTTC SEQ ID NO 9) and ssIIb (AGTCGTTCTGCCGTATGATGTCG SEQ ID NO 10), amplifying the region between the positions of the 141 and 2135 nucleotides AF1573535B of Gen 1835 and 1835 of the Generic Genetic Principle of Genesis 1135.

Амплификацию проводили, используя термосеквенатор FTS-1 (Corbett, Australia) в течение 1 цикла при 95°С по 2 минуты; 35 циклов при 95°С по 30 секунд, при 60°С по 1 минуте, при 72°С по 2 минуты и 1 цикла при 25°С в течение 1 минуты. Фрагмент wSSIIp1 клонировали в вектор pGEM-T (Promega).Amplification was carried out using an FTS-1 thermal sequencer (Corbett, Australia) for 1 cycle at 95 ° C for 2 minutes; 35 cycles at 95 ° C for 30 seconds, at 60 ° C for 1 minute, at 72 ° C for 2 minutes and 1 cycle at 25 ° C for 1 minute. The wSSIIp1 fragment was cloned into the pGEM-T vector (Promega).

Скрининг библиотеки кДНК ячменяBarley cDNA library screening

Скрининг библиотеки кДНК, сконструированной из РНК из эндосперма ячменя cv Himalaya, проводили фрагментом кДНК 347 п.н., wSSIIp1, при таких условиях гибридизации, которые описаны ранее (Rahman et al., 1998). Гибридизацию проводили в 50% формамиде, 6х SSPE, 0,5% ДСН, 5х растворе Денхардта и 1,7 мкг/мл ДНК спермы лосося при 42°С в течение 16 ч, затем отмывали 3х 2х SSC, содержащим 0,1% ДСН, при 65°С в течение 1 часа на отмывку.A cDNA library constructed from RNA from the barley endosperm cv Himalaya was screened by a 347 bp cDNA fragment, wSSIIp1, under the hybridization conditions described previously (Rahman et al., 1998). Hybridization was carried out in 50% formamide, 6x SSPE, 0.5% SDS, 5x Denhardt's solution and 1.7 μg / ml salmon sperm DNA at 42 ° C for 16 h, then washed with 3x 2x SSC containing 0.1% SDS , at 65 ° C for 1 hour for washing.

Скрининг геномной библиотеки ячменяBarley Genomic Library Screening

Геномную библиотеку ячменя (ячмень cv Morex) конструировали и подвергали скринингу по существу так, как описано в Gubler et al (2000), используя кДНК SSII ячменя в качестве зонда.A barley genomic library (cv Morex barley) was constructed and screened essentially as described in Gubler et al (2000) using barley SSII cDNA as a probe.

Секвенирование геномных клоновGenomic clone sequencing

Ген SSII Morex субклонировали в плазмидные вектора и секвенировали. Гены 292 и МК6827 секвенировали с помощью ПЦР-амплификации перекрывающихся участков этого гена, используя праймеры, сконструированные на основе последовательности Morex. Фрагменты ПЦР либо секвенировали непосредственно, либо субклонировали и секвенировали из плазмид.The SSII Morex gene was subcloned into plasmid vectors and sequenced. Genes 292 and MK6827 were sequenced using PCR amplification of the overlapping regions of this gene using primers designed based on the Morex sequence. PCR fragments were either sequenced directly or subcloned and sequenced from plasmids.

Идентификация экспрессируемых участковIdentification of expressed sites

Районы геномных последовательностей 292 и МК6827, предположительно присутствующие в кДНК, определили в сравнении с последовательностью кДНК Himalaya и геномной последовательностью Morex.The regions of genomic sequences 292 and MK6827, presumably present in the cDNA, were determined in comparison with the Himalaya cDNA sequence and the Morex genomic sequence.

ПЦР-анализ мутации G на А в гене SSIIPCR analysis of G to A mutations in the SSII gene

Сконструировали праймеры ПЦР, которые амплифицируют участок, содержащий транзицию G на А, идентифицированную в 292. Последовательности праймеров представляют собой: ZLSS2P4 (CCTGGAACACTTCAGACTGTACG SEQ ID NO 11) и ZLBSSII5 (CTTCAGGGAGAAGTTGGTGTAGC SEQ ID NO 12). Амплификацию проводили, используя термосеквенатор FTS-1 (Corbett, Australia) в течение 1 цикла при 95°С в течение 2 минут; 35 циклов при 95°С по 30 секунд, при 60°С по 1 минуте, при 72°С по 2 минуты и 1 цикла при 25°С в течение 1 минуты.PCR primers were designed that amplify the region containing the G to A transition identified in 292. The primer sequences are: ZLSS2P4 (CCTGGAACACTTCAGACTGTACG SEQ ID NO 11) and ZLBSSII5 (CTTCAGGGAGAAGTTGGTGTAGCQQQ. Amplification was performed using an FTS-1 thermal sequencer (Corbett, Australia) for 1 cycle at 95 ° C for 2 minutes; 35 cycles at 95 ° C for 30 seconds, at 60 ° C for 1 minute, at 72 ° C for 2 minutes and 1 cycle at 25 ° C for 1 minute.

Анализ белков эндосперма ячменя в ДСН-ПААГ электрофорезеAnalysis of barley endosperm proteins in SDS-PAGE electrophoresis

Крахмал получали из развивающегося и зрелого эндосперма ячменя и пшеницы, и поверхностные белки удаляли с помощью протеиназы К, как описано (Rahman et al., 1995). Белки крахмальной гранулы экстрагировали из 20 мг крахмала (сухая масса), используя 0,5 мл экстрагирующего буфера, содержащего 50 мМ Трис рН 6,8, 10% ДСН и 10% 2-меркаптоэтанол. После желатинизации кипячением в течение 10 мин и сбора крахмала центрифугированием 15 микролитров супернатанта наносили на каждую дорожку.Starch was obtained from developing and mature endosperm of barley and wheat, and surface proteins were removed using proteinase K, as described (Rahman et al., 1995). Proteins of starch granules were extracted from 20 mg of starch (dry weight) using 0.5 ml of extraction buffer containing 50 mm Tris pH 6.8, 10% SDS and 10% 2-mercaptoethanol. After gelatinization by boiling for 10 min and collecting the starch by centrifugation, 15 microliters of the supernatant was applied to each lane.

Получение двойных гаплоидовGetting double haploids

Двойные гаплоиды получали из растений F1, имеющих происхождение от скрещиваний между 292 и Hordeum vulgare cv Tantangara и между 342 и Н.vulgare cv Tantangara Dr. P.Davies, Waite Institute, Adelaide, Australia.Double haploids were obtained from F1 plants, originating from crosses between 292 and Hordeum vulgare cv Tantangara and between 342 and H.vulgare cv Tantangara Dr. P. Davies, Waite Institute, Adelaide, Australia.

Стратегия обратных скрещиванийBackcrossing strategy

Проводили скрещивания между 292 и Hordeum vutgare cv Sloop для получения посевного материала F1. Растения, выращенные из посевного материала F1, подвергали самоопылению с получением популяции посевного материала F2. Растения, выращенные из этого посевного материала F2, тестировали, используя ПЦР-анализ, и растения, гомозиготные по мутации 292, подвергали обратному скрещиванию со Sloop (BC1). Растения F1, полученные в результате BC1, снова тестировали с помощью ПЦР, и растения, гетерозиготные по мутации 292, отбирали и подвергали обратному скрещиванию со Sloop (BC2). Растения F1, полученные в результате ВС2, снова анализировали с помощью ПЦР и отбирали растения, гетерозиготные по мутации 292. Эти растения либо подвергали самоопылению с получением популяции BC2F2, либо снова скрещивали со Sloop (BC3). Растения F1, полученные в результате BC3, снова анализировали с помощью ПЦР и отбирали растения, гетерозиготные по мутации 292. Эти растения подвергали самоопылению с получением популяции BC3F2. Растения, выращенные из этого посевного материала, тестировали с помощью ПЦР, и растения, гомозиготные по мутации 292, отбирали для получения поколения одного семени и размножения семян.Crosses were made between 292 and Hordeum vutgare cv Sloop to obtain seed F1. Plants grown from seed F1 were self-pollinated to produce a seed population of F2. Plants grown from this seed F2 were tested using PCR analysis, and plants homozygous for mutation 292 were backcrossed with Sloop (BC1). Plants F1 resulting from BC1 were again tested by PCR, and plants heterozygous for mutation 292 were selected and backcrossed with Sloop (BC2). Plants F1 obtained as a result of BC2 were again analyzed by PCR and plants heterozygous for mutation 292 were selected. These plants were either self-pollinated to obtain a BC2F2 population or cross-bred again with Sloop (BC3). Plants F1 resulting from BC3 were again analyzed by PCR and plants heterozygous for mutation 292 were selected. These plants were self-pollinated to obtain a BC3F2 population. Plants grown from this seed were tested by PCR, and plants homozygous for mutation 292 were selected to generate a single seed generation and seed propagation.

Результатыresults

Отбор мутантовMutant selection

Об идентификации ряда мутантов у сорта ячменя "Himalaya" без шелухи или с беспокровными семенами, индуцированных обработкой азидом натрия, ранее сообщали Zwar and Chandler (1995). Группа из 75 мутантов со сморщенным зерном идентифицирована авторами изобретения, и амилозное содержание крахмала из этого сморщенного семени определили с помощью ВЭЖХ (Фиг.1). Обнаружено, что две линии, 292 и 342, имели содержание амилозы 71 и 62,5%, соответственно (Табл. 1). Содержание амилозы 292 и 342 было существенно выше, чем в линии АС38, ранее хорошо охарактеризованной (47% амилозы, см. Табл. 1). В данном исследовании определили генетическую основу нового высокоамилозного фенотипа, проявляемого 292 и 342, и описали воздействия причинной мутации на структуру и функциональность зерна и крахмала.The identification of a number of mutants in the Himalaya barley variety without husk or with seedless seeds induced by sodium azide treatment was previously reported by Zwar and Chandler (1995). A group of 75 shriveled grain mutants was identified by the inventors, and the amylose starch content of this shriveled seed was determined by HPLC (Figure 1). It was found that two lines, 292 and 342, had an amylose content of 71 and 62.5%, respectively (Table 1). The content of amylose 292 and 342 was significantly higher than in the AC38 line, previously well characterized (47% amylose, see Table 1). In this study, the genetic basis of a new high amylose phenotype exhibited by 292 and 342 was determined and the effects of causative mutation on the structure and functionality of grain and starch were described.

Характеристики зернаGrain characteristics

Размер и морфология зернаGrain size and morphology

Отмечены влияния мутации на массу и морфологию зерна (Табл. 2). Масса зерна снижена с 51 мг для родительской линии Himalaya до 32 мг для 292 и 35 мг для 342. У этих мутантов сохранились длина и ширина как у дикого типа, но в сравнении зерна являются расплющенными (от 2,82 мм средней толщины у Himalaya до 1,58 и 1,75 мм у 292 и 342, соответственно) и имеют по существу незаполненный центральный участок. На Фиг.2 показаны фотографии зерна мутанта и дикого типа. Размеры зерна измеряли традиционным путем, длину зерна (L), ширину зерна в самой широкой точке (W) и толщину (Т), как указано на Фиг.2. Отношение длины (L) к толщине (Т) является полезным диагностическим признаком для этой мутации при значениях >3,5, типично обнаруженных для семян, несущих мутации 292 или 342, и значениях <3,5 для немутантных растений ячменя.The effects of the mutation on the mass and morphology of the grain are noted (Table 2). Grain mass reduced from 51 mg for the Himalaya parent line to 32 mg for 292 and 35 mg for 342. These mutants retained the length and width as in the wild type, but in comparison the grains are flattened (from 2.82 mm of the average thickness in Himalaya to 1.58 and 1.75 mm at 292 and 342, respectively) and have a substantially unfilled central portion. Figure 2 shows photographs of grain mutant and wild type. Grain sizes were measured in the traditional way, grain length (L), grain width at the widest point (W) and thickness (T), as indicated in FIG. 2. The ratio of length (L) to thickness (T) is a useful diagnostic feature for this mutation at values> 3.5, typically found for seeds bearing mutations 292 or 342, and values <3.5 for non-mutant barley plants.

Состав зерна:Grain composition:

Содержание крахмала мутантных линий понижено от 49,0% для Himalaya до 17,7 и 21,9% для 292 и 342, соответственно (см. Табл. 1). Вычитание массы крахмала из общей массы зерна с получением суммарного некрахмального содержимого зерна показало, что потеря содержания крахмала происходит за счет потери массы зерна при массах некрахмального содержимого 26,0, 26,3 и 27,3 мг для Himalaya, 292 и 342, соответственно.The starch content of the mutant lines was reduced from 49.0% for Himalaya to 17.7 and 21.9% for 292 and 342, respectively (see Table 1). Subtraction of the mass of starch from the total mass of grain to obtain the total non-starch content of grain showed that the loss of starch content occurs due to the loss of mass of grain at masses of non-starch contents of 26.0, 26.3 and 27.3 mg for Himalaya, 292 and 342, respectively.

Содержание белка 292 и 342 повышено относительно родительской линии Himalaya (Табл. 1), однако, этот эффект имеет место за счет потери крахмала из зерна и не связан с каким-либо повышением синтеза белка на зерновку.The protein content of 292 and 342 is increased relative to the parental Himalaya line (Table 1), however, this effect occurs due to the loss of starch from grain and is not associated with any increase in protein synthesis per grain.

Уровни β-глюкана мутантов 292 и 342 также повышены и являются более высокими, чем ожидалось бы в результате эффекта снижения содержания крахмала (Табл. 1). В обоих случаях содержание β-глюкана повышено примерно на 20% на зерновку, что, возможно, представляет собой переключение небольшой части входящего углерода от синтеза крахмала на синтез β-глюкана.The levels of β-glucan of mutants 292 and 342 are also elevated and are higher than would be expected as a result of the effect of decreasing starch content (Table 1). In both cases, the content of β-glucan is increased by about 20% per caryopsis, which, possibly, is a switch of a small part of the incoming carbon from starch synthesis to β-glucan synthesis.

Состав и функциональность крахмалаThe composition and functionality of starch

Содержание амилозы и амилопектинаAmylose and Amylopectin

Содержание амилозы определяли, используя две методики, во-первых, вытеснительную по размеру ВЭЖХ в 90% (об/об) ДМСО и, во-вторых, показатель синего окрашивания йодом. Содержание амилозы, определенное каждым методом, было аналогичным, а данные ВЭЖХ представлены в Табл. 1.The amylose content was determined using two methods, firstly, displacing by size HPLC in 90% (v / v) DMSO and, secondly, the indicator of blue staining with iodine. The amylose content determined by each method was similar, and the HPLC data are presented in Table. one.

На основании данных по массе зерна и содержанию амилозы для мутантных линий и линий дикого типа можно произвести вычисления количества запасаемой амилозы на зерно. Этот анализ показывает, что имеется снижение количества амилозы на зерно от 6,2 мг/зерновка у Himalaya до 4,0 мг/зерновка у 292 и 4,8 мг/зерновка у 342. Напротив, имеется резкое снижение синтеза амилопектина на зерновку от 18,7 мг у Himalaya до 1,6 мг у 292 и 2,9 мг у 342.Based on data on grain mass and amylose content for mutant lines and wild-type lines, it is possible to calculate the amount of amylose stored per grain. This analysis shows that there is a decrease in the amount of amylose per grain from 6.2 mg / grain in Himalaya to 4.0 mg / grain in 292 and 4.8 mg / grain in 342. On the contrary, there is a sharp decrease in the synthesis of amylopectin per grain from 18 7 mg in Himalaya to 1.6 mg in 292 and 2.9 mg in 342.

Распределение длин цепиChain length distribution

Распределение длин цепи крахмала после удаления разветвления цепи изоамилазой проводили, используя электрофорез углеводов с помощью флуорофора (FACE). Распределение длин цепи мутантов 292 и 342 и Himalaya показано на Фиг.3а. На Фиг.3б показан график разностей, на котором нормализованные распределения длин цепей для мутантов 292 и 342 вычитают из нормализованного распределения Himalaya. Проценты длин цепей из DP 6-11, DP 12-30 и DP 31-65 вычислены и представлены в Табл. 3. Имеется заметный сдвиг в распределении длин цепей у мутантов 292 и 342, такой что на участке из DP 6-11 процент цепей более высок по сравнению с DP 12-30.The distribution of starch chain lengths after removal of the branching chain with isoamylase was carried out using carbohydrate electrophoresis using fluorophore (FACE). The distribution of the chain lengths of the mutants 292 and 342 and Himalaya is shown in Fig. 3a. Figure 3b shows a graph of differences in which the normalized distribution of chain lengths for mutants 292 and 342 is subtracted from the normalized distribution of Himalaya. Percentages of chain lengths from DP 6-11, DP 12-30, and DP 31-65 are calculated and presented in Table. 3. There is a noticeable shift in the distribution of chain lengths for mutants 292 and 342, such that in the section from DP 6-11 the percentage of chains is higher compared to DP 12-30.

Дифференциальная сканирующая калориметрияDifferential Scanning Calorimetry

Температуру желатинизации мутантов исследовали, используя дифференциальную сканирующую калориметрию, и данные представлены в Табл. 4. Как 292, так и 342 дают крахмалы, которые имеют значительно более низкие температуры желатинизации, чем крахмалы Himalaya, в отношении начальной, пиковой и конечной температур для пика желатинизации. Энтальпия для пика желатинизации для мутантов 292 и 342 также резко снижена по сравнению с диким типом. Начальная температура пика амилоза/липид также снижена для мутантов 292 и 342, однако, энтальпия повышена, что соответствует повышенному содержанию амилозы у мутантов.The gelation temperature of the mutants was investigated using differential scanning calorimetry, and the data are presented in Table. 4. Both 292 and 342 produce starches that have significantly lower gelatinization temperatures than Himalaya starches with respect to the initial, peak and final temperatures for peak gelatinization. The gelatinization peak enthalpy for mutants 292 and 342 is also sharply reduced compared to the wild type. The initial temperature of the amylose / lipid peak is also reduced for mutants 292 and 342, however, the enthalpy is increased, which corresponds to an increased content of amylose in the mutants.

Вязкость крахмала по RVARVA starch viscosity

RVA-анализ образцов непросеянной ячменной муки проводили, чтобы изучить их вязкость пастирования. Предшествующие исследования показали, что анализ образцов непросеянной муки имеет строгую корреляцию с анализом выделенных крахмалов (Batey et al., 1997). Этот анализ показал, что существуют большие различия между исследованными генотипами ячменя (см. табл. 5 и фиг.4). Два сорта ячменя, содержащих крахмал дикого типа, Himalaya и Namoi, показали типичные профили RVA, в которых наблюдался выступающий пик вязкости с последующим снижением вязкости до силы удерживания с последующим повышением вязкости по мере снижения температуры до конечной вязкости. Как обычно наблюдают для крахмалов ячменя, конечные вязкости для крахмалов дикого типа были эквивалентны пиковым вязкостям или ниже их (Табл. 5). У АС38 получили выдающийся пик вязкости, однако, в связи с повышенным содержанием амилозы у этой линии полученная конечная вязкость была выше, чем пиковая вязкость. Однако у 292, 342 и МК6827 получили сильно отличающийся профиль. У других крахмалов ячменя не было получено заметного начального повышения вязкости, соответствующего пиковой вязкости, и, следовательно, нельзя было вычислить никакого показателя разрушения. Значения для пиковой вязкости, данные в Табл. 5 для 292, 342 и МК6827, представляли собой вязкости, зарегистрированные в момент времени пиковой вязкости для Himalaya. У 292, 342 и МК6827 вязкость повышалась на протяжении всего анализа с достижением конечной вязкости, сравнимой с другими образцами непросеянной муки. При нормализации на основании содержания крахмала крахмалы 292 и 342 имели очень высокие конечные вязкости (см. Табл. 5).An RVA analysis of wholemeal barley flour samples was performed to examine their pasting viscosity. Previous studies have shown that analysis of wholemeal samples has a strong correlation with analysis of isolated starches (Batey et al., 1997). This analysis showed that there are large differences between the investigated barley genotypes (see table. 5 and figure 4). Two varieties of barley containing wild-type starch, Himalaya and Namoi, showed typical RVA profiles in which a protruding peak of viscosity was observed followed by a decrease in viscosity to a holding force, followed by an increase in viscosity as the temperature decreased to final viscosity. As is commonly observed for barley starches, the final viscosities for wild-type starches were equivalent to peak viscosities or below them (Table 5). AC38 obtained an outstanding peak viscosity, however, due to the increased amylose content of this line, the resulting final viscosity was higher than the peak viscosity. However, 292, 342 and MK6827 received a very different profile. Other barley starches did not produce a noticeable initial increase in viscosity corresponding to peak viscosity, and therefore no index of failure could be calculated. Values for peak viscosity given in Tab. 5 for 292, 342 and MK6827, were viscosities recorded at the peak viscosity time point for Himalaya. In 292, 342, and MK6827, viscosity increased throughout the analysis to achieve a final viscosity comparable to other wholemeal samples. When normalized based on the starch content, starches 292 and 342 had very high final viscosities (see Table 5).

Объем набухания представляет собой метод измерения свойств муки и крахмала, с помощью которого исследуют поведение этого материала при воздействии нагревания и избытка воды. Повышенное поглощение воды измеряют с помощью взвешивания образца перед смешиванием и после смешивания этого образца с водой при определенных температурах и последующего сбора желатинизированного материала. Этот анализ показал, что контрольные образцы, Himalaya и Tantangara, набухают в 6-8 раз от их сухой массы, напротив, 292 и 342 набухают только до 2-3 раз от их сухой массы (Табл. 9).The volume of swelling is a method of measuring the properties of flour and starch, with the help of which they study the behavior of this material when exposed to heat and excess water. Increased water absorption is measured by weighing the sample before mixing and after mixing this sample with water at certain temperatures and then collecting the gelled material. This analysis showed that control samples, Himalaya and Tantangara, swell 6–8 times their dry weight; on the contrary, 292 and 342 swell only up to 2-3 times their dry weight (Table 9).

КристалличностьCrystallinity

Структуру крахмалов далее исследовали с помощью рентгеновской кристаллографии (см. Табл. 6 и Фиг.5). Himalaya показал ожидаемую картину для крахмала хлебных злаков, имеющего преимущественно кристалличность "А" типа, и как АС38, так и Waxiro показали очень сходные картины дифракции рентгеновских лучей, хотя уровни кристалличности были ниже для АС38 и выше для Waxiro. Для мутантов 292 и 342 картина дифракции рентгеновских лучей была сдвинута до смеси V и В картины. Кроме сдвига картины дифракции, количество кристалличности было резко снижено у мутантов 292 и 342 до 9 и 12%, соответственно. Этот результат соответствует низкому содержанию амилопектина крахмалов 292 и 342.The structure of the starches was further investigated using x-ray crystallography (see Table 6 and Figure 5). Himalaya showed the expected pattern for cereal starch having a predominantly “A” type crystallinity, and both AC38 and Waxiro showed very similar X-ray diffraction patterns, although crystallinity levels were lower for AC38 and higher for Waxiro. For mutants 292 and 342, the X-ray diffraction pattern was shifted to a mixture of V and B patterns. In addition to a shift in the diffraction pattern, the amount of crystallinity was sharply reduced in mutants 292 and 342 to 9 and 12%, respectively. This result corresponds to the low amylopectin content of starches 292 and 342.

Морфология гранулыPellet morphology

Морфологию крахмальной гранулы исследовали, используя сканирующую электронную микроскопию (Фиг.6). Размер и форма гранул из Himalaya (Фиг.6, панель а), ячменя waxy (Waxiro, Фиг.6, панель б) и АС38 (Фиг.6, панель в) соответствовали ранее опубликованным наблюдениям крахмальных гранул у нормальных линий ячменя. Морфология крахмальных гранул "А" типа у мутантных линий 292 (Фиг.6, панель г), 342 (Фиг.6, панель д) и МК6827 (Фиг.6, панель е) явно изменена, так как гранулы имеют изогнутую поверхность по сравнению с гладкой двояковыпуклой формой гранул нормальных ячменей.The starch granule morphology was investigated using scanning electron microscopy (Figure 6). The size and shape of the pellets from Himalaya (Figure 6, panel a), waxy barley (Waxiro, Figure 6, panel b) and AC38 (Figure 6, panel c) were consistent with previously published observations of starch granules in normal barley lines. The morphology of the "A" type starch granules in the mutant lines 292 (Fig. 6, panel d), 342 (Fig. 6, panel d) and MK6827 (Fig. 6, panel e) is clearly changed, since the granules have a curved surface in comparison with a smooth biconvex form of granules of normal barley.

Диетическая клетчаткаDietary fiber

Анализ диетической клетчатки был проведен согласно методике АОАС и показал, что увеличение диетической клетчатки наблюдалось в 292 и 342, и что такое увеличение диетической клетчатки было вероятнее следствием увеличения нерастворимой диетической клетчатки, чем растворимой диетической клетчатки (Табл. 1), в соответствии с компонентами диетической клетчатки, которые представляют собой устойчивый крахмал и β-глюкан. Следует отметить, что эта мера диетической клетчатки является химически определяемой мерой, которая совершенно отличается от физиологической меры, релевантной с точки зрения питания.Analysis of dietary fiber was carried out according to the AOAC method and showed that an increase in dietary fiber was observed in 292 and 342, and that such an increase in dietary fiber was more likely a result of an increase in insoluble dietary fiber than soluble dietary fiber (Table 1), in accordance with the components of dietary fiber fiber, which is resistant starch and β-glucan. It should be noted that this measure of dietary fiber is a chemically determined measure, which is completely different from the physiological measure that is relevant in terms of nutrition.

Генетическая основа мутацииGenetic basis of mutation

Сегрегационное отношениеSegregation relation

Скрещивание мутации с сортами ячменя, не проявляющими фенотип сморщенного эндосперма 292 или 342, показало, что эта мутация представляет собой рецессивную мутацию прямого направления, проявляющую отношение 3 нормальных: 1 сморщенное семя F2 популяций ауткроссинга и отношение 1 нормальное: 1 сморщенное семя двойной гаплоидной популяции, развившейся после одного ауткроссинга (см. Табл. 6). Нормальное семя определено как семя с отношением L/T<3,5, сморщенное семя определено как семя с отношением L/T>3,5.Crossing the mutation with barley cultivars that do not exhibit the phenotype of shriveled endosperm 292 or 342 showed that this mutation is a direct recessive mutation showing a ratio of 3 normal: 1 shriveled seed F2 of outcrossing populations and a ratio of 1 normal: 1 shriveled seed of a double haploid population, developed after one outcrossing (see Table 6). A normal seed is defined as a seed with an L / T ratio <3.5, and a shriveled seed is defined as a seed with an L / T ratio> 3.5.

Аллельная природа мутантовAllelic nature of mutants

Путем анализа потомства от скрещиваний 292 и 342 показали, что мутации 292 и 342 являются аллельными. Весь посевной материал F1, имеющий происхождение от реципрокных скрещиваний, проявлял фенотипы массы зерна и морфологии зерна в пределах диапазона размеров и форм, наблюдаемых для родительских линий 292 и 342 и вне диапазона размера и формы семени, обнаруженного для родительской линии Himalaya. Кроме того, весь посевной материал F2, имеющий происхождение от растений F1 292х342, проявлял типичный фенотип сморщенного семени мутантов 292 и 342.By analyzing the offspring from crosses 292 and 342, it was shown that mutations 292 and 342 are allelic. All F1 seed, originating from reciprocal crosses, showed phenotypes of grain mass and grain morphology within the range of sizes and shapes observed for parent lines 292 and 342 and outside the range of seed size and shape found for the Himalaya parent line. In addition, all F2 seed, originating from F1 292x342 plants, exhibited a typical phenotype of shriveled seed mutants 292 and 342.

Анализ морфологии зерна и характеристик крахмала серии мутантов со сморщенным зерном, доступных от Barley Germplasm Collection (USDA-ARS, National Small Grains Germplasm Research Facility, Aberdeen, Idaho 83210, USA), позволил предположить, что линия МК6827 (BGS31, также называемая GSHO 2476), несущая мутацию sex6, проявляла ряд характеристик зерна и крахмала, высоко подобный мутациям 292 и 342. Провели скрещивания между 292 и МК6827, и все зерно F1 показало типичный фенотип 292 в отношении фенотипа массы зерна и сморщенного семени. Весь посевной материал F2, имеющий происхождение от растений F1 292×МК6827, проявлял фенотип сморщенного эндосперма с соотношениями L/T>4. Напротив, посевной материал F2 от скрещивания между 292 и имеющимся в продаже сортом ячменя Sloop давал бимодальное распределение, показывая отношение сегрегации 3:1 между сморщенным и наполненным семенем (Табл. 6). Весь посевной материал F1, имеющий происхождение от скрещиваний 292 и 5 других линий с фенотипами сморщенного эндосперма (BGS 380, сморщенный эндосперм 4, 7HL (Jarvi et al., 1975); BGS 381, сморщенный эндосперм 5, 7HS (Jarvi et al, 1975); BGS 382, sex 1, 6HL (Eslick and Ries, 1976); BGS 396, сморщенный эндосперм 6, 3HL (Ramage and Eslick, 1975); BGS 397, сморщенный эндосперм 7, не картирован (Ramage and Eslick, 1975), давал зерно с морфологией наполненного семени. На этом основании мутации 292, 342 и МК6827 считают аллельными, и на основе ранее опубликованных локализаций на карте для локуса sex6 мутации 292 и 342 вероятно предсказаны на карте в коротком плече хромосомы 7Н ячменя примерно 4 сМ от центромера (Netsvetaev, 1990, Netsvetaev and Krestinkov, 1993, Biyashev et al., 1986, Netsvetaev, 1992).An analysis of grain morphology and starch characteristics of a series of shredded grain mutants available from the Barley Germplasm Collection (USDA-ARS, National Small Grains Germplasm Research Facility, Aberdeen, Idaho 83210, USA) suggested that the MK6827 line (BGS31, also called GSHO 2476 ), carrying the sex6 mutation, showed a number of characteristics of grain and starch, highly similar to mutations 292 and 342. Crosses were made between 292 and MK6827, and all F1 grains showed a typical phenotype 292 with respect to the phenotype of grain mass and shriveled seed. All F2 seed, originating from F1 292 × MK6827 plants, showed a phenotype of shriveled endosperm with L / T ratios> 4. In contrast, seed F2 from crossing between 292 and a commercially available Sloop barley variety gave a bimodal distribution showing a 3: 1 segregation ratio between shriveled and filled seed (Table 6). All F1 inoculum originating from crosses of 292 and 5 other lines with wrinkled endosperm phenotypes (BGS 380, wrinkled endosperm 4, 7HL (Jarvi et al., 1975); BGS 381, wrinkled endosperm 5, 7HS (Jarvi et al, 1975 ); BGS 382, sex 1, 6HL (Eslick and Ries, 1976); BGS 396, wrinkled endosperm 6, 3HL (Ramage and Eslick, 1975); BGS 397, wrinkled endosperm 7, not mapped (Ramage and Eslick, 1975), gave a grain with the morphology of the filled seed. Based on this, mutations 292, 342 and MK6827 are considered allelic, and based on previously published locations on the map for the sex6 locus, mutations 292 and 342 are probably predicted to in the short arm of the barley chromosome 7H, approximately 4 cm from the centromere (Netsvetaev, 1990, Netsvetaev and Krestinkov, 1993, Biyashev et al., 1986, Netsvetaev, 1992).

Анализ сцепленияClutch analysis

От скрещивания между 292 и имеющегося в продаже сорта пивоваренного ячменя, Tantangara, получили двойную гаплоидную популяцию, которая содержала 90 линий-потомков (Табл. 8).From a cross between 292 and a commercial malting barley variety, Tantangara, a double haploid population was obtained that contained 90 descendant lines (Table 8).

Эти линии оценивали по морфологии семени (наполненное против сморщенного семени), распределению длин цепей путем FACE (процент цепей с DP 6-11), оболочке семени (беспокровное или покрытое шелухой) и по ПЦР-маркеру (см. ниже). Эти данные представлены в Табл. 8. В данной популяции признак сморщенного семени и FACE-распределение 292 точно косегрегировали, как можно было ожидать, если измененные размер и форма зерна являлись следствием измененного отложения крахмала. Косегрегация признаков проиллюстрирована на Фиг.8. На панели А показана взаимосвязь между длиной цепи крахмала (проиллюстрированной на основании процента цепей между DP 6-11) и отношением длины к толщине. Пустыми кружками показаны линии, которые имеют ПЦР-маркер для мутации 292, крестиками показаны линии, которые несут ПЦР-маркер дикого типа. Существует четкое определение между этими двумя группами линий. На панели Б Фиг.8 показана взаимосвязь между длиной цепи крахмала и массой семени, и показано, что масса семени является менее диагностической для этой мутации, чем отношение длины к толщине.These lines were evaluated by seed morphology (filled against shriveled seed), chain length distribution by FACE (percentage of chains with DP 6-11), seed coat (uncoated or husked), and by PCR marker (see below). These data are presented in Table. 8. In this population, the wrinkled seed trait and FACE distribution 292 are precisely co-segregated, as might be expected if the altered grain size and shape were the result of altered starch deposition. The cosegregation of features is illustrated in FIG. Panel A shows the relationship between the starch chain length (illustrated based on the percentage of chains between DP 6-11) and the ratio of length to thickness. Empty circles indicate lines that have a PCR marker for mutation 292, crosses indicate lines that carry a wild-type PCR marker. There is a clear definition between these two groups of lines. Panel B of FIG. 8 shows the relationship between the starch chain length and the seed weight, and shows that the seed weight is less diagnostic for this mutation than the length to thickness ratio.

У ячменя наличие или отсутствие шелухи контролирует локус nud, локализованный на хромосоме 7Н, и поскольку Tantangara представляет собой ячмень, покрытый шелухой, а 292 представляет собой беспокровный тип, этот признак можно оценить в двойном гаплоидном потомстве. Анализ сцепления между признаком беспокровный/покрытый шелухой и данными FACE показал, что в данном скрещивании мутация 292 картирована в пределах 16,3 сМ от локуса nud. Эта локализация совпадает с предшествующими данными картирования для аллельной мутации sex6 (Netsvetaev, 1990, Netsvetaev and Krestinkov, 1993, Biyashev et al., 1986, Netsvetaev, 1992).In barley, the presence or absence of husk is controlled by the nud locus located on chromosome 7H, and since Tantangara is husk-covered barley, and 292 is a bloodless type, this trait can be estimated in double haploid offspring. Analysis of the linkage between the sign of skinless / husked and FACE data showed that in this cross, the 292 mutation was mapped within 16.3 cm from the nud locus. This localization coincides with previous mapping data for the allelic mutation sex6 (Netsvetaev, 1990, Netsvetaev and Krestinkov, 1993, Biyashev et al., 1986, Netsvetaev, 1992).

Идентификация причинного генаCausative Gene Identification

Продемонстрировано, что ген nud локализован на хромосоме ячменя 7Н (Фиг.8, Fedak et al., 1972). У пшеницы три синтазы крахмала (GBSS, SSI и SSII) и фермент типа изоамилазы, удаляющий разветвление цепи (S.Rahman, личное сообщение), локализованы на коротком плече хромосомы 7, гомологичной хромосомы (Yamamori and Endo, 1996, Li et al., 1999a, Li et al., 1999b, Li et al., 2000). Тесное сцепление с локусом nud позволило предположить, что наиболее вероятным геном-кандидатом является ген SSII. Ген SSII пшеницы клонирован на уровне кДНК (Li et al., 1999b; Genbank, номер по каталогу AF155217) и на геномном уровне (Li et al., личное сообщение), и кДНК ячменя выделяли и клонировали (Фиг.9). Секвенирование геномных последовательностей SSII ячменя и пшеницы показало, что эти гены обладают очень сходными экзон/интронными структурами, однако, длины интронных участков различаются между последовательностями (Фиг.10). Сравнение геномной последовательности Morex и последовательности кДНК из Himalaya (Фиг.9) приводит к идентификации выведенных последовательностей кДНК из Morex, 292 и МК2827.It has been demonstrated that the nud gene is located on the barley chromosome 7H (Fig. 8, Fedak et al., 1972). In wheat, three starch synthases (GBSS, SSI, and SSII) and an isoamylase-type branching enzyme (S. Rahman, personal communication) are located on the short arm of chromosome 7, a homologous chromosome (Yamamori and Endo, 1996, Li et al., 1999a, Li et al., 1999b, Li et al., 2000). Close linkage with the nud locus suggested that the SSII gene is the most likely candidate gene. Wheat SSII gene was cloned at the cDNA level (Li et al., 1999b; Genbank, catalog number AF155217) and at the genomic level (Li et al., Personal communication), and barley cDNA was isolated and cloned (Fig. 9). Sequencing of the barley and wheat SSII genomic sequences showed that these genes have very similar exon / intron structures, however, the lengths of the intron regions differ between the sequences (Figure 10). Comparison of the genome sequence of Morex and the cDNA sequence from Himalaya (Figure 9) leads to the identification of the derived cDNA sequences from Morex, 292 and MK2827.

Мутант транзиции G на А обнаружен в гене SSII из 292 в положении, которое соответствует 1829 выравнивания, показанного на Фиг.11. Эта мутация вводит стоп-кодон в открытую рамку считывания SSII 292 (Фиг.12). Анализ последовательностей Tantangara и Himalaya показал, что оба гена дикого типа идентичны в данном участке, и как 292, так и 342 содержат одну и ту же мутацию транзиции G на А. Введенный стоп-кодон должен укорачивать продукт этого гена таким образом, что полноразмерный С-концевой каталитический домен гена синтазы крахмала II не будет транслироваться, и, следовательно, существует высокая вероятность того, что активность SSII полностью прекращена данной мутацией.A mutation G to A mutant was found in the SSII gene of 292 at a position that corresponds to the 1829 alignment shown in FIG. 11. This mutation introduces a stop codon into the open reading frame of SSII 292 (FIG. 12). The analysis of the Tantangara and Himalaya sequences showed that both wild-type genes are identical in this region, and both 292 and 342 contain the same mutation of transition G to A. The introduced stop codon should shorten the product of this gene in such a way that full-size C - the terminal catalytic domain of the starch II synthase gene will not be translated, and therefore, there is a high probability that the activity of SSII is completely terminated by this mutation.

Транзиция G на А также присутствовала в МК6827 в положении 242 выравнивания, показанного на Фиг.11, и последовательности кДНК Himalaya на Фиг.9. Эта мутация также вводит стоп-кодон в открытую рамку считывания SSII 292 (Фиг.12) и должна предотвращать трансляцию более 90% гена SSII, прекращая активность SSII, кодируемую данным геном.Transition G to A was also present in MK6827 at alignment position 242 shown in FIG. 11 and the Himalaya cDNA sequence in FIG. 9. This mutation also introduces a stop codon into the open reading frame of SSII 292 (Fig. 12) and should prevent the translation of more than 90% of the SSII gene, terminating the activity of SSII encoded by this gene.

Мутация транзиции G на А у 292 прервала сайт рестрикции (NIaIV) в гене SSII ячменя. Локализация этого диагностического сайта NIalV показана на Фиг.14, панелях (а) и (б). На Фиг.14в показан электрофорез в агарозном геле продуктов ферментативного гидролиза NIalV из ячменя, показывающий, что диагностическая картина для мутации 292 находится в 292 и 342, но не в МК6827, Himalaya или Tantangara.A mutation of the G transition to A in 292 interrupted the restriction site (NIaIV) in the barley SSII gene. The localization of this NIalV diagnostic site is shown in Fig. 14, panels (a) and (b). On figv shows agarose gel electrophoresis of enzymatic hydrolysis of NIalV from barley, showing that the diagnostic picture for mutation 292 is in 292 and 342, but not in MK6827, Himalaya or Tantangara.

ПЦР-маркер для транзиции G на А оценивали у 90 линий двойной гаплоидной популяции 292×Tantangara и обнаружили, что она точно косегрегирует с фенотипами сморщенного семени и распределения длин цепей по FACE, указывая на то, что мутация 292 полностью сцеплена с данным фенотипом крахмала, и что существует высокая вероятность того, что эта мутация является причинной мутацией, лежащей в основе фенотипа 292. На Фиг.14г показан анализ линий от двойной гаплоидной популяции 292×Tantangara.The PCR marker for the G to A transition was evaluated in 90 lines of a 292 × Tantangara double haploid population and found that it precisely co-aggregates with shriveled seed phenotypes and FACE chain length distribution, indicating that mutation 292 is fully linked to this starch phenotype, and that there is a high probability that this mutation is the causative mutation that underlies phenotype 292. Fig. 14g shows an analysis of lines from a double haploid population of 292 × Tantangara.

Биохимическое доказательство потери активности SSIIBiochemical evidence of SSII activity loss

Состав ферментов биосинтеза крахмала в мутантных и нормальных линиях ячменя исследовали, используя ряд методик гель-электрофореза. Анализ растворимой фракции развивающегося эндосперма продемонстрировал, что все линии содержали BEI, BEIIa, BEIIb, SSI и SSIII, и что содержание этих изоформ BE и SS, соответственно, было по существу не измененным. Однако анализ крахмальной гранулы показал, что несколько полос отсутствовали. Во-первых, анализ путем электрофореза в ДСН-ПААГ (Фиг.16, панель Б) показал, что полоса 90 кД, которая присутствовала в Himalaya, Tantangara и АС38, отсутствовала в 292, 342 или МК6827. С помощью иммуноблоттинга было показано, что эта полоса содержит SSII (Фиг.16, панель Б, а также BEIIa и BEIIb. Обнаружение того факта, что BEIIa и BEIIb присутствуют в растворимой фракции, но не в крахмальной грануле, указывает на то, что у мутантов 292, 342 и МК6827 вероятнее существует изменение в распределении этих ферментов, чем мутация, прекращающая экспрессию. Напротив, не обнаружено никакого доказательства экспрессии SSII ни в растворимой, ни в гранулярной фракции (Фиг.16, панели А и Б), что совпадает с генетическим доказательством непосредственного сцепления мутации SSII с наблюдаемыми фенотипами у 292, 342 и МК6827.The composition of starch biosynthesis enzymes in the mutant and normal barley lines was studied using a number of gel electrophoresis techniques. Analysis of the soluble fraction of the developing endosperm showed that all lines contained BEI, BEIIa, BEIIb, SSI and SSIII, and that the content of these isoforms BE and SS, respectively, was essentially unchanged. However, analysis of starch granules showed that several bands were absent. First, SDS-PAGE electrophoresis analysis (FIG. 16, panel B) showed that the 90 kD band that was present in Himalaya, Tantangara and AC38 was absent in 292, 342 or MK6827. Using immunoblotting, it was shown that this band contains SSII (Figure 16, panel B, as well as BEIIa and BEIIb. The discovery that BEIIa and BEIIb are present in the soluble fraction, but not in the starch granule, indicates that mutants 292, 342 and MK6827, there is more likely a change in the distribution of these enzymes than a mutation that stops expression.On the contrary, no evidence of SSII expression was found in either the soluble or granular fraction (Fig. 16, panels A and B), which coincides with genetic evidence of immediate linkage I SSII mutation to the observed phenotypes in 292, 342 and MK6827.

Селекция линий, несущих мутацию 292Selection of lines carrying the mutation 292

Для переноса мутации 292 в альтернативные генотипы ячменя использованы две стратегии.Two strategies have been used to transfer mutation 292 to alternative barley genotypes.

В первом примере получили двойные гаплоидные линии от скрещивания между 292 и Tantangara. Данные для покрытия семени, массы семени, отношения L:T, распределения длин цепей и статуса ДНК-маркера SSII представлены в Табл. 8. Более полный анализ состава этих линий представлен в Табл. 9, включая RVA-анализ, содержание β-глюкана и объем набухания муки. Эти данные показывают, что линии, несущие мутацию 292, имеют значительно отличающиеся параметры RVA (примером чего является отношение пиковой/конечной вязкости), более высокое содержание β-глюкана и измененные объемы набухания муки.In the first example, double haploid lines from crossing between 292 and Tantangara were obtained. Data for seed coverage, seed weight, L: T ratios, chain length distributions, and SSII DNA marker status are presented in Table. 8. A more complete analysis of the composition of these lines is presented in Table. 9, including RVA analysis, β-glucan content and flour swelling volume. These data show that the lines carrying mutation 292 have significantly different RVA parameters (an example is the peak / final viscosity ratio), higher β-glucan content and altered flour swelling volumes.

Во втором примере мутацию переносили путем проведения двух обратных скрещиваний из 292 с сортом, имеющим нормальные свойства крахмала (cv Sloop). Для анализа собирали посевной материал F2 от трех растений F1 обратного скрещивания 2. Этот посевной материал F2 разделяли на категории семян с отношением LT>3,5 и с отношением LT<3,5. Распределение семян между этими классами соответствовало ожиданиям для одиночного рецессивного гена. Данные по объемам набухания муки для этих категорий семян, полученных от каждого растения, представлены на Фиг.10 и показывают, что признак набухания крахмала четко переносится посредством процесса скрещивания в линии со средним содержанием генетического фона Sloop 75%.In the second example, the mutation was carried out by carrying out two backcrosses of 292 with a variety having normal starch properties (cv Sloop). For analysis, seed F2 was collected from three F1 backcrossing plants 2. This seed F2 was divided into seed categories with a ratio of LT> 3.5 and a ratio of LT <3.5. The seed distribution between these classes was in line with expectations for a single recessive gene. Flour swelling data for these seed categories obtained from each plant is shown in FIG. 10 and shows that the starch swelling trait is clearly tolerated through a cross-line process with an average Sloop genetic background content of 75%.

ОбсуждениеDiscussion

Авторы изобретения описывают выделение новых мутантов, 292 и 342, у ячменя, которые имеют фенотип сморщенного эндосперма. Анализ состава зерна показывает, что сморщенный фенотип является следствием значительного снижения содержания крахмала, а анализ состава крахмала показывает, что это снижение проявляется в виде высокоамилозного фенотипа, который является результатом снижения синтеза амилопектина.The inventors describe the isolation of new mutants, 292 and 342, in barley, which have a phenotype of shriveled endosperm. Analysis of the grain composition shows that the wrinkled phenotype is a consequence of a significant decrease in starch content, and analysis of the starch composition shows that this decrease is manifested as a high amylose phenotype, which is the result of a decrease in amylopectin synthesis.

Мутанты 292 и 342 обладают уникальным сочетанием свойств зерна и крахмала в содержании как повышенных уровней β-глюкана, так и устойчивого крахмала. Уровни β-глюкана этих линий увеличены примерно на 15% выше того уровня, который ожидают вследствие эффекта пониженного содержания крахмала, что позволяет предположить, что углерод, неспособный превращаться в крахмал, переключается на синтез β-глюкана. Определения уровней диетической клетчатки демонстрируют, что зерно от мутантов обладает повышенными уровнями диетической клетчатки, и что это повышение является следствием повышения нерастворимой диетической клетчатки.Mutants 292 and 342 have a unique combination of the properties of grain and starch in the content of both elevated levels of β-glucan and stable starch. The levels of β-glucan of these lines are increased by about 15% higher than what is expected due to the effect of a reduced starch content, which suggests that carbon, unable to turn into starch, switches to the synthesis of β-glucan. Determinations of dietary fiber levels demonstrate that mutant grain has elevated levels of dietary fiber, and that this increase is a consequence of increased insoluble dietary fiber.

Данное сочетание свойств указывает на то, что эти мутанты могут иметь весьма представляющий интерес потенциал в качестве компонентов диеты человека. Во-первых, повышенные уровни β-глюкана предполагают, что эти линии могут быть полезны при снижении холестерина посредством хорошо установленного действия β-глюкана в снижении уровней холестерина. Во-вторых, наличие устойчивого крахмала указывает на то, что эти линии могут быть полезны вследствие перспективы здоровья кишечника благодаря хорошо установленной способности устойчивых крахмалов способствовать ферментации в ободочной кишке (Topping et al., 1997, Topping, 1999). В-третьих, состав зерна указывает на то, что эти линии будут обладать низкоэнергетической плотностью и что они могут медленно подвергаться ферментативному гидролизу, указывая на то, что они могут способствовать изготовлению пищевых продуктов с пониженным гликемическим индексом.This combination of properties indicates that these mutants may have a very interesting potential as components of a human diet. First, elevated β-glucan levels suggest that these lines may be useful in lowering cholesterol through the well-established action of β-glucan in lowering cholesterol levels. Secondly, the presence of resistant starch indicates that these lines may be useful due to the prospect of intestinal health due to the well-established ability of resistant starches to promote fermentation in the colon (Topping et al., 1997, Topping, 1999). Thirdly, the grain composition indicates that these lines will have a low energy density and that they can undergo enzymatic hydrolysis slowly, indicating that they can contribute to the manufacture of foods with a low glycemic index.

Свойства крахмала линий, служащих примером, также являются уникальными в том, что они объединяют высокоамилозный крахмал, который к тому же имеет низкую температуру желатинизации. Это противоречит высокоамилозным мутациям, являющимся результатом мутаций в разветвляющем цепь ферменте IIb, при которых температура желатинизации типично повышается, как например при мутации amylose extender у кукурузы (Ng et at., 1997, Katz et al., 1993, Krueger et al., 1987, Fuwa et al., 1999). Хотя содержание амилозы 292 сравнимо с линиями amylose extender, структура амилопектинового компонента крахмалов резко отличается (Wang et al., 1993). У 292 и 342 распределение длин цепей амилопектина сдвинуто в направлении более низкой степени полимеризации, тогда как у amylose extender распределение длин цепей сдвинуто в направлении повышенной степени полимеризации. Это позволяет предположить, что амилопектин, а не содержание амилозы, является первичным определяющим фактором температуры желатинизации, и что данный эффект опосредован силой взаимодействия между внешними цепями молекулы амилопектина. Подобные эффекты были отмечены для ряда крахмалов Jane et al., 1999.The starch properties of the example lines are also unique in that they combine high amylose starch, which also has a low gelatinization temperature. This contradicts the high amylose mutations resulting from mutations in the branching chain enzyme IIb, in which the gelatinization temperature typically rises, as for example with the amylose extender mutation in maize (Ng et at., 1997, Katz et al., 1993, Krueger et al., 1987 , Fuwa et al., 1999). Although the amylose 292 content is comparable to the amylose extender lines, the structure of the amylopectin component of starches is dramatically different (Wang et al., 1993). For 292 and 342, the distribution of chain lengths of amylopectin is shifted towards a lower degree of polymerization, while for amylose extender, the distribution of chain lengths is shifted towards a lower degree of polymerization. This suggests that amylopectin, and not the amylose content, is the primary determining factor in the gelatinization temperature, and that this effect is mediated by the strength of the interaction between the external chains of the amylopectin molecule. Similar effects have been noted for a number of starches Jane et al., 1999.

Данные по вязкости на основании RVA-анализа указывают на то, что крахмал из мутантных по SSII линий заметно отличается от нормальных ячменей и АС38. Мутанты ячменя по SSII по существу не имеют пика вязкости, типично наблюдаемого при резком повышении температуры до 95°С в начале RVA-температурного профиля. Вместо этого у этих мутантов вязкость повышается монотонно до конечной вязкости, если она имеется. Эти данные находятся в соответствии с низким содержанием амилопектина гранул, низким уровнем амилопектиновой кристалличности в грануле и низкими температурой и энтальпией желатинизации, наблюдаемыми в дифференциальном сканирующем калориметре. Высокая конечная вязкость достигается, как только амилоза высвобождена из гранулы посредством нагревания в избытке воды и перемешивания. Эти RVA-характеристики являются уникальными для крахмала хлебных злаков и обеспечивают новый источник крахмала для пищевых продуктов и промышленных применений, где необходима низкая вязкость пастирования и все еще высокая конечная вязкость.Viscosity data based on RVA analysis indicate that starch from mutant SSII lines is markedly different from normal barley and AC38. SSII barley mutants essentially do not have a viscosity peak typically observed with a sharp increase in temperature to 95 ° C at the beginning of the RVA temperature profile. Instead, the viscosity of these mutants increases monotonously to a final viscosity, if any. These data are consistent with the low amylopectin content of the granules, the low amylopectin crystallinity in the granule, and the low gel temperature and enthalpy observed in the differential scanning calorimeter. High final viscosity is achieved as soon as amylose is released from the pellet by heating in excess water and mixing. These RVA characteristics are unique to cereal starch and provide a new source of starch for food and industrial applications where low pasting viscosity and still high final viscosity are required.

Наблюдения, сделанные по температуре желатинизации в ДСК, отражены в результатах исследований дифракции рентгеновских лучей. Гранулы 292 и 342 имеют пониженные уровни кристалличности и сдвиги кристаллической формы от типа А, типичного для крахмалов хлебных злаков, до смеси типов V и В. Тип V типичен для амилозы и отражает амилозный компонент крахмала, образующего комплекс с жирными кислотами, тогда как форма В имеет происхождение от амилопектина и преимущественно отражает содержание остаточного амилопектина крахмала (Buleon et al., 1998).Observations on gelatinization temperature in DSC are reflected in the results of studies of x-ray diffraction. Granules 292 and 342 have reduced crystallinity levels and crystalline shifts from type A typical of cereal starches to a mixture of types V and B. Type V is typical of amylose and reflects the amylose component of starch, which is complexed with fatty acids, while form B originates from amylopectin and predominantly reflects the content of residual starch amylopectin (Buleon et al., 1998).

Анализ генетической основы мутаций 292 и 342 демонстрирует, что эти мутации представляют собой простые рецессивные мутации, которые дают типичные Менделевские отношения в экспериментах по ауткроссингу. Исследования скрещивания показали, что 292 и 342 являются аллельными. Дальнейший анализ взаимодействия между 292 и другими мутациями сморщенного эндосперма в экспериментах по скрещиванию продемонстрировал, что мутации 292/342 также являются аллельными с мутацией Sex6 в линии МК6827. Эта мутация картирована ранее, и показано, что она локализована в пределах 3 сМ от центромера короткого плеча хромосомы 7Н (Netsvetaev, 1990, Netsvetaev and Krestinkov, 1993, Biyashev et al., 1986, Netsvetaev, 1992).An analysis of the genetic basis of mutations 292 and 342 demonstrates that these mutations are simple recessive mutations that give typical Mendelian relationships in outcrossing experiments. Crossbreeding studies have shown that 292 and 342 are allelic. Further analysis of the interaction between 292 and other shriveled endosperm mutations in the crossing experiments showed that the 292/342 mutations are also allelic with the Sex6 mutation in the MK6827 line. This mutation was mapped earlier, and it was shown that it is localized within 3 cM from the centromere of the short arm of chromosome 7H (Netsvetaev, 1990, Netsvetaev and Krestinkov, 1993, Biyashev et al., 1986, Netsvetaev, 1992).

Была создана двойная гаплоидная популяция между покрытым шелухой ячменем Tantangara и беспокровным мутантом 292, и мутация сморщенного эндосперма картирована на коротком плече хромосомы 7HS в пределах 16 сМ от гена nud в локализации, совпадающей с локализацией на карте мутации Sex6.A double haploid population was created between the husked Tantangara barley and the skinless mutant 292, and the shriveled endosperm mutation was mapped on the short arm of the 7HS chromosome within 16 cm from the nud gene at a location identical to that on the Sex6 mutation map.

Локализация гена в участке, прилежащем к центромеру, на коротком плече хромосомы 7HS показывает, что причинная мутация (sex6) находится в гене, отличном от мутации, которая вызывает высокоамилозный фенотип у АС38 (amo 1), которая картирована на хромосоме 1Н (Schondelmeier et al., 1992). Эта локализация на карте позволила предположить, что одним из кандидатов для гена, прерванного при мутации sex6/292, является синтаза крахмала II, о котором известно, что у пшеницы он локализован в том же участке хромосомы (Yamamori and Endo, 1996, Li et al., 1999b). Анализ последовательности мутантов 292 и 342 показал, что в этом гене имела место мутация транзиции G на А, которая могла вызвать укорочение этого гена, так что С-концевой участок, содержащий активный сайт фермента, не должен транслироваться, что преимущественно приводит к синтезу полностью неактивного белка. Кроме того, секвенирование гена SSII из МК6827 показало мутацию транзиции G на А в положении 242, которая также должна была вызвать укорочение этого гена. Этот результат подтверждает аллельную природу мутаций 292 и МК6827.Localization of the gene in the site adjacent to the centromere, on the short arm of chromosome 7HS, indicates that the causative mutation (sex6) is in a gene other than the mutation that causes the high amylose phenotype in AC38 (amo 1), which is mapped to chromosome 1H (Schondelmeier et al ., 1992). This localization on the map suggested that one of the candidates for the gene interrupted by the sex6 / 292 mutation is starch synthase II, which is known to be localized in wheat on the same chromosome site (Yamamori and Endo, 1996, Li et al ., 1999b). An analysis of the sequence of mutants 292 and 342 showed that in this gene there was a mutation of the G transition to A, which could cause a shortening of this gene, so that the C-terminal region containing the active site of the enzyme should not be translated, which mainly leads to the synthesis of a completely inactive squirrel. In addition, sequencing of the SSII gene from MK6827 showed a mutation of the G transition at A at position 242, which should also shorten this gene. This result confirms the allelic nature of mutations 292 and MK6827.

Идентификация мутаций в гене SSII привела к разработке ПЦР-маркера, диагностического для мутации в 292. Этот ПЦР-маркер оценивали через 91 потомок популяции 292×Tantangara, и показано, что он на 100% косегрегирует с фенотипом сморщенного эндосперма и фенотипом пониженного распределения длин цепей крахмала. Обнаружение аллельных мутаций в генах SSII из ячменей различных генетических фонов (292 и МК6827), которые вызывают подобные фенотипы, и точное сцепление этой мутации с фенотипом сморщенного зерна дает высокую степень достоверности того, что эти мутации, присутствующие в генах SSII 292, 342 и МК6827, являются причинными мутациями, приводящими к признаку сморщенного эндосперма.Identification of mutations in the SSII gene led to the development of a PCR marker diagnostic for a mutation in 292. This PCR marker was evaluated through 91 descendants of the 292 × Tantangara population, and it was shown that it is 100% cosegregated with a wrinkled endosperm phenotype and a reduced distribution chain length phenotype starch. The detection of allelic mutations in SSII genes from barley of various genetic backgrounds (292 and MK6827) that cause similar phenotypes, and the exact linkage of this mutation to the wrinkled grain phenotype gives a high degree of certainty that these mutations are present in the SSII 292, 342 and MK6827 genes are causative mutations leading to a sign of a shriveled endosperm.

Фенотип, наблюдаемый здесь для мутации SSII у ячменя, в некоторых отношениях подобен фенотипам мутаций SSII у других растений, однако, мутации SSII не вызывают настолько высокое содержание амилозы, как мутации, обнаруженные в 292/342. Мутации SSII известны у гороха (rug5, Craig et al., 1998) и Chlamydomonas (Fontaine et al., 1993) и приводят к амилопектинам с пониженными распределениями длин цепей, как наблюдали здесь. Имеются также данные, позволяющие предположить, что мутация Shrunken-2 у кукурузы является результатом мутации гена SSII, хотя это еще следует окончательно продемонстрировать (Harn et al., 1998, Knight et al., 1998). У кукурузы мутация Shrunken-2 приводит к образованию крахмалов, имеющих пониженные температуры желатинизации (Campbell et al., 1994). У пшеницы Yamamori разработал линию тройных нуллисомиков, в которой отсутствует белок Sgp-1 (Yamamori, 1998), который, как показано Li et al (Li et al., 1999b), является продуктом гена SSII. В пшенице содержание амилозы повышено примерно до 35%, и наблюдаются аномальные крахмальные гранулы, измененная кристалличность и измененная температура желатинизации (Yamamori, 1998). Различия в свойствах между мутантами SSII ячменя и мутантами SSII из других видов являются совершенно неожиданными.The phenotype observed here for the SSII mutation in barley is in some respects similar to the phenotypes of SSII mutations in other plants, however, SSII mutations do not cause such a high content of amylose as the mutations found in 292/342. SSII mutations are known in peas (rug5, Craig et al., 1998) and Chlamydomonas (Fontaine et al., 1993) and lead to amylopectins with reduced chain length distributions, as observed here. There is also evidence to suggest that the Shrunken-2 mutation in maize is the result of a mutation of the SSII gene, although this still needs to be conclusively demonstrated (Harn et al., 1998, Knight et al., 1998). In maize, the Shrunken-2 mutation results in the formation of starches having lower gelatinization temperatures (Campbell et al., 1994). In wheat, Yamamori developed a triple nullisomic line that lacks the Sgp-1 protein (Yamamori, 1998), which, as shown by Li et al (Li et al., 1999b), is a product of the SSII gene. In wheat, the amylose content is increased to about 35%, and abnormal starch granules, altered crystallinity, and altered gelation temperature are observed (Yamamori, 1998). Differences in properties between barley SSII mutants and SSII mutants from other species are completely unexpected.

Показано, что мутация SSII способна к переносу посредством скрещивания из одного генетического фона в другой и дает диагностические морфологию и состав зерна, типичные для исходных 292, 342 и МК6827. В таблице (9) данные параметров от двойных гаплоидных линий 292 х Tantangara по отношению L/T, содержанию β-глюкана, распределению длин цепей, RVA и объему набухания муки демонстрируют, что линии, несущие мутацию 292, проявляют фенотипы, типичные для родителя 292. В следующем подтверждении сегрегация посевного материала от потомства от самоопыления второго обратного скрещивания 292 на Sloop показала отношение сегрегации, совпадающее с сегрегацией 3:1, для нормальных (74 семени с отношением L/T<3,5) и сморщенных фенотипов (21 семя с отношением L/T>3,5).It was shown that the SSII mutation is capable of transfer by crossing from one genetic background to another and gives diagnostic morphology and grain composition typical of the initial 292, 342 and MK6827. In table (9), parameter data from 292 x Tantangara double haploid lines with respect to L / T, β-glucan content, distribution of chain lengths, RVA, and flour swelling volume demonstrate that lines carrying mutation 292 exhibit phenotypes typical of parent 292 In the following confirmation, segregation of seed from offspring from self-pollination of the second backcrossing 292 on Sloop showed a segregation ratio matching 3: 1 segregation for normal (74 seeds with L / T ratio <3.5) and shriveled phenotypes (21 seeds with L / T ratio> 3.5).

Доступность последовательности гена SSII и систем трансформации ячменя обеспечивает средства, необходимые для выключения гена SSII при использовании методик генной супрессии, с целью получения фенотипа, сравнимого с обнаруженным при мутациях SSII. Недавно разработанной высокоэффективной стратегией является получение шпилечной конструкции, предназначенной для получения двунитевой РНК, которая должна подавлять эндогенную активность SSII. Хотя мутации полного выключения, аналогичные мутациям, описанным здесь, будут представлять интерес, использование конструкций ДНК с различными промоторами и выделение трансгенов с различными уровнями экспрессии шпилечной конструкции, должны дать возможность оценить воздействие титрования экспрессии этого гена от нормальных уровней до полностью выключенных уровней.The accessibility of the SSII gene sequence and barley transformation systems provides the means necessary to turn off the SSII gene using gene suppression techniques in order to obtain a phenotype comparable to that found in SSII mutations. A recently developed highly effective strategy is to obtain a hairpin construct designed to produce double-stranded RNA, which should suppress the endogenous activity of SSII. Although complete shutdown mutations, similar to those described here, will be of interest, the use of DNA constructs with different promoters and the isolation of transgenes with different levels of expression of the hairpin construct should allow us to evaluate the effect of titration of the expression of this gene from normal levels to completely turned off levels.

Было показано, что эти мутации способны к переносу из 292 в альтернативные генетические фоны ячменя, в то же время сохраняя существенные признаки исходной мутации 292. В Таблицах 9 и 10 представлены фенотипические данные для двойного гаплоидного потомства 292×Tantangara и посевного материала от второго обратного скрещивания с Sloop, и они указывают на то, что эти фенотипы переносятся посредством процесса скрещивания.It was shown that these mutations are capable of transferring from 292 to alternative genetic backgrounds of barley, while retaining the essential features of the original mutation 292. Tables 9 and 10 present phenotypic data for 292 × Tantangara double haploid progeny and seed from the second backcross with Sloop, and they indicate that these phenotypes are carried through the crossbreeding process.

Таблица 1Table 1 Состав зерна ячменяBarley Grain Composition Содержание крахмала (%)а Starch Content (%) a Содержание амилозы по ВЭЖХ (%)б The content of amylose by HPLC (%) b Содержание амилозы по связыванию йода (%)Amylose content by binding of iodine (%) Содержание белка (%)а Protein Content (%) a β-глюкан (%)а β-glucan (%) a Суммарная диетическая клетчаткаа (%)Total dietary fiber a (%) Нерастворимая диетическая клетчаткаа (%)The insoluble dietary fiber as (%) Растворимая диетическая клетчаткаа (%)Soluble dietary fiber a (%) GlacierGlacier н.о.but. 31,031,0 н.о.but. 11,511.5 4,34.3 21,621.6 16,616.6 55 АС38AC38 4747 47,447.4 60,660.6 10,410,4 5,85.8 24,924.9 28,828.8 6,16.1 HimalayaHimalaya 4949 2525 25,425,4 10,010.0 4,84.8 27,127.1 18,118.1 99 292292 17,717.7 7171 68,968.9 15,015.0 9,59.5 30,330.3 21,421,4 8,98.9 342342 21,921.9 62,562.5 71,771.7 15,715.7 8,38.3 28,328.3 19,419,4 8,98.9 МК6827MK6827 10,210,2 н.о.but. 44,444,4 21,321.3 н.о.but. н.о.but. н.о.but. н.о.but. WaxiroWaxiro 42,842.8 н.о.but. 5,05,0 14,614.6 н.о.but. 19,819.8 12,712.7 7,17.1 TantangaraTantangara 51,651.6 н.о.but. 29,529.5 14,614.6 н.о.but. 17,217,2 12,712.7 4,54,5 a % массы зерна, 14% влажность
б% от суммарного содержания крахмала
н.о. не определяли
a % of the mass of grain, 14% humidity
b% of total starch content
but. not determined
Таблица 2table 2 Размеры зернаGrain sizes Масса зерна (мг)Grain mass (mg) Длина зерна (мм)Grain length (mm) Ширина зерна (мм)Grain width (mm) Толщина зерна (мм)Grain thickness (mm) Отношение L/TL / T ratio HimalayaHimalaya 51,01±6,63а 51.01 ± 6.63 a 7,01±0,517.01 ± 0.51 3,58±0,343.58 ± 0.34 2,82±0,362.82 ± 0.36 2,482.48 TantangaraTantangara 50,40±6,51а 50.40 ± 6.51 a 7,22±0,987.22 ± 0.98 3,60±0,253.60 ± 0.25 2,73±0,212.73 ± 0.21 2,642.64 WaxiroWaxiro 45,71±5,2145.71 ± 5.21 7,54±0,477.54 ± 0.47 3,40±0,203.40 ± 0.20 2,67±0,192.67 ± 0.19 2,822.82 AC38AC38 50,79±8,2250.79 ± 8.22 7,62±0,657.62 ± 0.65 3,35±0,273.35 ± 0.27 2,64±0,252.64 ± 0.25 2,892.89 292292 32,13±4,67а 32.13 ± 4.67 a 7,05±0,497.05 ± 0.49 3,63±0,553.63 ± 0.55 1,58±0,201.58 ± 0.20 4,464.46 342342 35,45±6,0135.45 ± 6.01 7,28±0,557.28 ± 0.55 3,76±0,383.76 ± 0.38 1,75±0,181.75 ± 0.18 4,164.16 MK6827MK6827 44,89±3,7844.89 ± 3.78 11,20±0,5811.20 ± 0.58 3,63±0,273.63 ± 0.27 1,77±0,331.77 ± 0.33 6,336.33 N=50, за исключением указанного кака, где n=200N = 50, except as indicated by a , where n = 200

Таблица 3Table 3 Распределение длин цепей крахмалов, у которых разветвление удалено изоамилазойThe distribution of chain lengths of starches in which the branching is removed by isoamylase Dpа D a Himalaya %б Himalaya% b Tantangara %б Tantangara% b АС38 %б AC38% b 342 %б 342% b 292 %б 292% b МК6827 %б MK6827% b DP 6-11DP 6-11 24,1524.15 22,4022.40 26,3326.33 38,1838.18 38,9638.96 37,9837.98 DP 12-30DP 12-30 69,1269.12 67,5967.59 67,6267.62 54,1454.14 53,4253.42 55,6055.60 DP 31-60DP 31-60 6,736.73 10,0110.01 6,056.05 7,687.68 7,627.62 6,426.42 а степень полимеризации
б% распределения олигосахаридов, выраженных на молярной основе
and the degree of polymerization
b % distribution of molar-based oligosaccharides
Таблица 4Table 4 Термические параметры крахмала ячменя, измеренные с помощью ДСКThermal parameters of barley starch measured using DSC Пик 1Peak 1 Пик 2Peak 2 НачалоStart ПикPeak Конецthe end ΔНΔН НачалоStart ПикPeak Конецthe end ΔНΔН GlacierGlacier 55,455,4 59,359.3 65,365.3 4,24.2 93,993.9 101,4101,4 107,7107.7 0,870.87 АС38AC38 55,055.0 62,262,2 68,268,2 3,93.9 89,389.3 100,1100.1 106,9106.9 1,1951,195 HimalayaHimalaya 56,856.8 60,960.9 68,068.0 4,54,5 93,193.1 101,8101.8 108,3108.3 0,780.78 292292 46,046.0 51,251,2 58,158.1 0,290.29 88,788.7 97,797.7 104,9104.9 1,341.34 342342 45,245,2 50,450,4 56,856.8 0,470.47 86,586.5 97,097.0 105,0105.0 1,591,59 Таблица 5Table 5 Параметры RVA для крахмалов ячменяRVA Parameters for Barley Starch Пиковая вязкостьPeak viscosity РазрушениеDestruction Сила удерживанияRetention force ЗадержкаDelay Конечная вязкостьFinal viscosity Нормализованная конечная вязкость*Normalized final viscosity * Температура пастирования (°С)Pasting temperature (° C) HimalayaHimalaya 871,5871.5 653,1653.1 218,4218.4 235,8235.8 454,2454.2 926926 64,964.9 NamoiNamoi 621,7621.7 367,5367.5 254,2254.2 375,3375.3 629,5629.5 12841284 65,965.9 AC38AC38 226,7226.7 87,387.3 139,4139.4 188,4188.4 327,8327.8 697697 68,968.9 292292 92,1** 92.1 ** ****** 133,9133.9 230230 363,9363.9 20552055 89,589.5 342342 110,9** 110.9 ** ****** 144,9144.9 264,5264.5 409,4409.4 18691869 87,987.9 МК6827MK6827 18,2** 18.2 ** ****** 25,725.7 43,343.3 6969 676676 н.о.but. * Конечная вязкость, разделенная на содержание крахмала муки из цельного зерна
** Значение, зарегистрированное в момент пиковой вязкости для Himalaya
*** Значение было ниже 0
н.о. не определяли
* Final viscosity divided by starch content of whole grain flour
** The value recorded at the time of peak viscosity for Himalaya
*** The value was below 0
but. not determined
Таблица 6Table 6 Данные кристалличности крахмалаStarch crystallinity data ОбразецSample %H2O (W.В.)% H 2 O (W. B.) Кристалличность %* Crystallinity% * А %* % * В %* In% * V %* V% * 292292 29,629.6 99 -- 1313 8787 342342 35,835.8 1212 -- 18eighteen 8181 АС38AC38 26,126.1 1919 9393 77 (следы)(traces) HimalayaHimalaya 27,727.7 2727 9393 77 (следы)(traces) WaxiroWaxiro 29,729.7 4141 9494 66 -- *(±5%) * (± 5%) Таблица 7Table 7 Анализ потомстваOffspring analysis СкрещиваниеCrossbreeding СморщенныеShriveled НаполненныеStuffed Вычисленное χ2 значениев The calculated χ 2 value in 292×Sloopа 292 × Sloop a 4545 155155 χ2 (3:1)=1,0χ 2 (3: 1) = 1.0 292×Tantangaraб 292 × Tantangara B 4545 4646 χ2 (1:1)=0,01χ 2 (1: 1) = 0.01 а потомство от стандартного скрещивания
б двойное гаплоидное потомство
в в каждом случае, χ2(0,05), df=1=3,84, следовательно, популяция 292×Sloop соответствует сегрегации 3:1, а двойная гаплоидная популяция 292×Tantangara соответствует сегрегации 1:1
and offspring from standard crosses
b double haploid offspring
in each case, χ 2 (0.05), df = 1 = 3.84, therefore, the 292 × Sloop population corresponds to 3: 1 segregation, and the double 292 × Tantangara haploid population corresponds to 1: 1 segregation

Таблица 8Table 8 Оценка двойных гаплоидных линий 292xTantangaraAssessment of 292xTantangara Double Haploid Lines Номер линииа Line number a Шелухаб Husk b Масса семени (мг)Seed mass (mg) Отношение L/Tв L / T ratio in DP 6-11 (%)г DP 6-11 (%) g Содержание амилозыд Amylose content d ПЦРе PCR e 1one NN 2626 3,83.8 35,8735.87 50,250,2 292292 22 NN 2424 4,214.21 36,8736.87 56,256.2 292292 33 НN 4343 3,323.32 25,4525.45 18,318.3 WtWt 55 NN 4040 4,584,58 39,4739.47 55,555.5 292292 77 NN 3434 4,284.28 19,6319.63 43,043.0 292292 88 НN 4848 3,023.02 21,621.6 46,746.7 WtWt 99 NN 3131 2,762.76 22,8922.89 25,925.9 WtWt 1010 NN 2626 3,023.02 27,5627.56 21,121.1 WtWt 11eleven NN 3434 3,553,55 37,9037.90 44,744.7 292292 1212 НN 50fifty 2,942.94 26,3726.37 32,832.8 WtWt 1313 NN 2727 4,294.29 38,6838.68 48,448,4 292292 14fourteen НN 5656 3,073.07 22,9822.98 20,820.8 WtWt 15fifteen НN 4646 2,742.74 24,8824.88 22,922.9 WtWt 1616 НN 4343 2,782.78 25,4025.40 18,318.3 WtWt 1717 NN 3131 3,83.8 37,3737.37 54,254,2 292292 18eighteen NN 3131 4,514,51 37,4637.46 57,557.5 292292 1919 НN 2626 3,13,1 29,5729.57 22,722.7 WtWt 20twenty НN 5353 3,043.04 25,4225.42 23,823.8 WtWt 2121 NN 3131 4,54,5 38,5138.51 59,159.1 292292 2222 NN 2727 4,634.63 37,2537.25 27,227,2 292292 2323 НN 4747 2,732.73 24,1124.11 21,221,2 WtWt 2424 NN 2727 4,584,58 36,8936.89 42,042.0 292292 2626 НN 3535 3,573.57 19,5019.50 15,115.1 WtWt 2727 НN 2222 4,34.3 36,8136.81 48,648.6 292292 2828 NN 3131 4,344.34 38,8838.88 37,037.0 292292 30thirty NN 30thirty 4,044.04 38,0538.05 48,448,4 292292 3131 NN 2323 4,254.25 37,0737.07 51,751.7 292292 3232 НN 4848 2,622.62 20,6720.67 13,013.0 WtWt 3333 NN 2525 4,924.92 35,6835.68 33,333.3 292292 3434 NN 3131 4,014.01 38,3438.34 46,146.1 292292 3535 НN 4343 3,163.16 20,0720.07 23,623.6 WtWt 3636 NN 2626 4,334.33 36,9336.93 29,729.7 292292 3838 НN 3838 3,013.01 21,1121.11 9,19.1 WtWt 3939 НN 3333 2,922.92 20,4920.49 23,523.5 WtWt 4040 НN 3636 2,992.99 19,5719.57 2,22.2 WtWt 4141 NN 30thirty 4,054.05 37,8237.82 40,940.9 292292 4242 НN 4747 2,952.95 20,8020.80 11,911.9 WtWt 4343 NN 4040 3,243.24 21,9721.97 18,118.1 WtWt 4545 НN 5252 2,782.78 19,9719.97 14,514.5 WtWt 4646 NN 2929th 4,444.44 35,8735.87 32,132.1 292292 4747 NN 3535 3,693.69 36,3436.34 92,992.9 292292 4848 НN 3131 2,542.54 20,2720.27 13,413,4 WtWt 4949 НN 5454 2,942.94 22,2922.29 19,319.3 WtWt 50fifty НN 50fifty 2,942.94 21,9221.92 20,620.6 WtWt 5151 НN 4343 3,733.73 20,5920.59 18,118.1 WtWt 5353 NN 3131 4,124.12 36,5236.52 55,355.3 292292 5454 NN 3434 4,024.02 35,1735.17 57,157.1 292292 5555 НN 3232 4,194.19 41,3541.35 60,460,4 292292 5656 NN 2929th 3,173.17 21,4821.48 18,118.1 WtWt 5757 НN 30thirty 4,854.85 36,6636.66 46,346.3 292292 5858 NN 3232 2,972.97 23,8323.83 13,813.8 WtWt 5959 NN 4646 2,912.91 24,1524.15 9,29.2 WtWt 6060 НN 4444 2,742.74 22,3922.39 13,513.5 WtWt 6161 NN 3131 4,474.47 35,6735.67 61,361.3 292292 6363 NN 3232 4,34.3 36,9436.94 39,439,4 292292 6464 НN 3939 2,932.93 21,9521.95 20,520.5 WtWt 6565 NN 2626 3,873.87 37,5137.51 20,720.7 292292 6666 NN 30thirty 4,034.03 36,8936.89 48,748.7 292292 6767 НN 3636 3,173.17 20,2420.24 14,414,4 WtWt 6868 NN 4343 2,652.65 22,5322.53 8,48.4 WtWt 6969 NN 3232 3,933.93 36,3436.34 54,754.7 292292 7070 НN 4343 2,772.77 22,2822.28 17,617.6 WtWt 7171 NN 2929th 3,733.73 38,7338.73 31,531.5 292292 7272 НN 4747 2,652.65 22,0022.00 20,820.8 WtWt 7373 NN 3636 4,094.09 39,5839.58 49,049.0 292292 7474 NN 2424 4,184.18 36,1536.15 47,847.8 292292 7575 НN 3434 2,992.99 24,4224.42 14,214.2 WtWt 7676 NN 3131 4,354.35 35,9535.95 49,949.9 292292 7777 НN 4949 3,193.19 21,2221.22 17,017.0 WtWt 7878 НN 3333 2,782.78 21,2721.27 15,615.6 WtWt 7979 НN 3131 2,852.85 23,0423.04 21,221,2 WtWt 8080 НN 3838 3,183.18 19,8819.88 18,918.9 WtWt 8181 НN 3737 2,842.84 24,2224.22 16,216,2 WtWt 8282 НN 3333 4,644.64 39,9939,99 45,345.3 292292 8484 NN 2828 3,623.62 36,9836.98 28,928.9 292292 8585 NN 2626 6,446.44 44,4344,43 41,341.3 292292 8686 НN 3232 2,872.87 30,7330.73 16,116.1 WtWt 8888 NN 2626 4,624.62 46,1246.22 39,339.3 292292 8989 НN 3838 2,882.88 31,2531.25 16,316.3 WtWt 9090 НN 3232 3,193.19 31,1131.11 13,813.8 WtWt 9191 NN 3131 4,174.17 42,8642.86 37,337.3 292292 9292 NN 2727 3,993.99 45,3045.30 44,644.6 292292 9393 НN 3737 2,992.99 30,7730.77 12,512.5 WtWt 9494 НN 4343 3,673.67 29,4629.46 21,921.9 WtWt 9696 NN 3333 5,695.69 47,3447.34 52,252,2 292292 9797 NN 2323 3,413.41 31,3631.36 17,117.1 WtWt 9898 NN 3232 5,955.95 45,2745.27 52,452,4 292292 9999 NN 1919 3,683.68 38,3638.36 1,71.7 292292 100one hundred НN 3636 3,13,1 31,9231.92 15,415.4 WtWt 101101 NN 5858 3,293.29 24,7124.71 2,92.9 WtWt а двойная гаплоидная линия 292×Tantangara
б фенотип шелухи: N - беспокровное; Н - с шелухой
в отношение L/T: отношение длины к толщине
a double haploid line 292 × Tantangara
b husk phenotype: N - skinless; N - with husk
a ratio L / T: the ratio of length to thickness
г процент цепей в крахмале с удаленным разветвлением цепи при диапазоне DP6-DP11, вычисленный на молярной основе в виде процента цепей, элюируемых между DP6 и DP65
д содержание амилозы определено по значению синего окрашивания йода
е оценка ПЦР: 292 - реакция ПЦР дает полосу, которая дает полосы 169 п.о. плюс 103 п.о. после ферментативного гидролиза NIaIV; Wt - реакция ПЦР дает полосу, которая дает полосы 111 п.о., 103 п.о. и 57 п.о. после ферментативного гидролиза NlaIV.
g the percentage of chains in starch with remote branching of the chain in the range DP6-DP11, calculated on a molar basis as the percentage of chains eluted between DP6 and DP65
d amylose content is determined by the value of the blue stain of iodine
e evaluation of PCR: 292 - the PCR reaction gives a band that gives a band of 169 p. plus 103 bp after enzymatic hydrolysis of NIaIV; Wt - the PCR reaction gives a band that gives bands 111 p.p., 103 p.p. and 57 bp after enzymatic hydrolysis of NlaIV.

Таблица 9Table 9 Подробный анализ двойных гаплоидных линийDetailed analysis of double haploid lines ЛинияLine Отношение L/TL / T ratio FACEFace пиковая вязкость RVA (единицы RVA)peak viscosity RVA (RVA units) конечная вязкость RVA (единицы RVA)final viscosity RVA (units RVA) отношение пиковой/конечной вязкостиpeak / final viscosity ratio содержание β-глюкана (%)β-glucan content (%) объем набухания мукиflour swelling volume КонтрольThe control SloopSloop 2,782.78 23,523.5 535,8535.8 483,5483.5 1,111,11 2,32,3 7,547.54 TantangaraTantangara 2,642.64 22,422.4 507507 395,1395.1 1,281.28 5,165.16 5,975.97 HimalayaHimalaya 2,482.48 24,224.2 873,9873.9 449,3449.3 1,941.94 8,538.53 8,188.18 АС38AC38 2,892.89 26,3326.33 226,7226.7 327,8327.8 0,690.69 5,85.8 3,753.75 292292 4,464.46 38,938.9 92,192.1 363,9363.9 0,250.25 13,0913.09 2,002.00 МК6827MK6827 6,336.33 37,9837.98 18,218.2 6969 0,260.26 н.о.but. 2,112.11 Двойная гаплоидная линияDouble haploid line Дикий типWild type 88 3,023.02 21,621.6 527,9527.9 431,3431.3 1,221.22 8,98.9 6,476.47 4343 3,243.24 25,425,4 566,6566.6 527,4527.4 1,071,07 7,777.77 6,046.04 5656 3,173.17 24,924.9 703,1703.1 523,5523.5 1,341.34 7,817.81 6,956.95 5858 2,972.97 27,927.9 726,8726.8 588,8588.8 1,231.23 9,659.65 6,236.23 5959 2,912.91 27,027.0 655655 435,8435.8 1,501,50 7,167.16 7,217.21 6868 2,652.65 22,522.5 876,3876.3 465,5465.5 1,881.88 8,878.87 8,638.63 101101 3,293.29 34,7134.71 471,3471.3 410,3410.3 1,151.15 6,546.54 6,266.26 Мутант SSIIMutant SSII 55 4,584,58 39,539.5 68,768.7 316,6316.6 0,2170.217 9,879.87 2,552,55 11eleven 3,553,55 48,248,2 51,551.5 240,8240.8 0,210.21 8,368.36 2,582,58 1313 4,294.29 38,738.7 43,743.7 265,5265.5 0,160.16 11,1311.13 2,922.92 2727 4,304.30 36,836.8 20,320.3 96,696.6 0,210.21 13,1113.11 2,712.71 30thirty 4,044.04 38,0538.05 57,357.3 251,1251.1 0,230.23 10,5610.56 2,272.27 3131 4,254.25 37,137.1 17,617.6 124,5124.5 0,140.14 11,3511.35 2,482.48 3333 4,924.92 35,735.7 11,711.7 83,583.5 0,140.14 7,227.22 2,132.13 3636 4,334.33 36,936.9 14,514.5 93,693.6 0,150.15 7,207.20 2,202.20 4646 4,444.44 35,935.9 31,331.3 175,8175.8 0,180.18 10,0210.02 2,322,32 9191 4,174.17 42,942.9 35,835.8 189,5189.5 0,190.19 11,311.3 2,432.43 н.о. не определялиbut. not determined

Таблица 10Table 10 Данные по набуханию муки для посевного материала BC2F2Flour swelling data for BC2F2 seed ЛинияLine Объем набуханияSwelling volume С5/1 Растение 1 L:T>3,5C5 / 1 Plant 1 L: T> 3.5 2,1182,118 С5/1 Растение 1 L:T<3,5C5 / 1 Plant 1 L: T <3.5 6,9136,913 65/2 Растение 1 L:T>3,565/2 Plant 1 L: T> 3.5 2,3822,382 65/2 Растение 1 L:T<3,565/2 Plant 1 L: T <3.5 7,5657,565 65/2 Растение 2 L:T>3,565/2 Plant 2 L: T> 3.5 2,4092,409 65/2 Растение 2 L:T<3,565/2 Plant 2 L: T <3.5 6,7076,707

ПРИМЕР 2EXAMPLE 2

Разработка и конструирование векторовVector design and construction

Участки гена SSII ячменя (как определено на Фиг.15) клонировали в вектора для трансформации. Получили три конструкции для каждого гена-мишени в целях стратегии генной супрессии, (1) смысловая косупрессия, (3) антисмысловая и (3) опосредованная дуплексом супрессия.Plots of the barley SSII gene (as defined in FIG. 15) were cloned into transformation vectors. Three constructs were obtained for each target gene for the purpose of gene suppression strategy, (1) semantic co-suppression, (3) antisense, and (3) duplex-mediated suppression.

На Фиг.16 проиллюстрирована конфигурация последовательностей в конструкциях ДНК, предназначенных для подавления экспрессии эндогенного гена-мишени. Промотор может быть выбран либо из эндосперм-специфичных (таких как промотор глютенина высокой молекулярной массы, High Molecular Weight Glutenin, промотор SSI пшеницы, промотор BEII пшеницы), либо из промоторов, не специфичных для эндосперма (таких как убиквитин или 35S). Конструкция может также содержать другие элементы, которые усиливают транскрипцию, такие как nos 3 элемент OCS. Проиллюстрированные участки ДНК следует включить в векторы, содержащие подходящие последовательности селектируемых маркерных генов и другие элементы, или в векторы, которые котрансформируют с векторами, содержащими эти последовательности.Figure 16 illustrates the sequence configuration in DNA constructs designed to suppress the expression of an endogenous target gene. The promoter can be selected either from endosperm-specific (such as the high molecular weight glutenin promoter, High Molecular Weight Glutenin, the SSI wheat promoter, the BEII wheat promoter), or from non-endosperm specific promoters (such as ubiquitin or 35S). The construct may also contain other elements that enhance transcription, such as the nos 3 OCS element. Illustrated DNA regions should be included in vectors containing suitable sequences of selectable marker genes and other elements, or in vectors that are co-transformed with vectors containing these sequences.

Трансформация хлебных злаковCereal transformation

Способы трансформации ячменя (Tingay et al., 1997; Wan et al., 1994), овса (Somers et al., 1992, 1994; Gless et al., 1998; Zhang et al., 1999, Cho et al., 1999) и ржи (Castillo et al., 1994; Pena et al., 1984) описаны, и их можно использовать для переноса конструкций ДНК, получая трансгенные растения.Methods of barley transformation (Tingay et al., 1997; Wan et al., 1994), oats (Somers et al., 1992, 1994; Gless et al., 1998; Zhang et al., 1999, Cho et al., 1999 ) and rye (Castillo et al., 1994; Pena et al., 1984) are described and can be used to transfer DNA constructs to produce transgenic plants.

Анализ трансгенных растенийTransgenic Plant Analysis

Идентификацию трансгенных растений осуществляют посредством идентификации ДНК конструкции ДНК с помощью ПЦР или гибридизации по Саузерну. Уровни экспрессии индивидуальных генов биосинтеза крахмала ячменя измеряют как на уровне мРНК, так и на уровне белка с помощью стандартных методик, таких как гибридизация по Нозерну и Вестерн-блоттинг, соответственно. Содержание и состав зерна и крахмала измеряют, используя стандартные методики, такие как методики, приведенные в Примере 1.Identification of transgenic plants is carried out by identifying DNA construct DNA using PCR or Southern hybridization. The expression levels of individual barley starch biosynthesis genes are measured both at the mRNA level and at the protein level using standard techniques such as Northern hybridization and Western blotting, respectively. The content and composition of grain and starch are measured using standard methods, such as those described in Example 1.

СсылкиReferences

Abel et al., (1996). The Plant Journal 10, 981-991.Abel et al., (1996). The Plant Journal 10, 981-991.

Ahokas, (1979). Barley genetics Newsletter 9, 7-9.Ahokas, (1979). Barley Genetics Newsletter 9, 7-9.

Akerberg et al., (1998). Journal of Cereal Science 28, 71-80.Akerberg et al., (1998). Journal of Cereal Science 28, 71-80.

Andersson et al., (2000). Cereal Chemistry 77, 463-467.Andersson et al., (2000). Cereal Chemistry 77, 463-467.

Andersson et al., (1999). Journal of the science of food and agriculture 79, 979-986.Andersson et al., (1999). Journal of the science of food and agriculture 79, 979-986.

Andreev et al., (1999). StarchStarke 51, 422-429.Andreev et al., (1999). StarchStarke 51, 422-429.

Banks et al., (1971). Starch 23, 12-15.Banks et al., (1971). Starch 23, 12-15.

Batey and Curtin (1997). Starch 48, 338-344.Batey and Curtin (1997). Starch 48, 338-344.

Batey et al., (1997). Cereal Chemistry 74, 497-501.Batey et al., (1997). Cereal Chemistry 74, 497-501.

Bergh et al., (1999). Animal Feed Science and Technology 78, 215-226.Bergh et al., (1999). Animal Feed Science and Technology 78, 215-226.

Bhatty (1999). Cereal Chemistry 76, 589-599.Bhatty (1999). Cereal Chemistry 76, 589-599.

Biyashev et al., (1986). Soviet Genetics 22, 296-303.Biyashev et al., (1986). Soviet Genetics 22, 296-303.

Boyer and Preiss, (1978). Carbohydrate research 61, 321-334.Boyer and Preiss, (1978). Carbohydrate research 61, 321-334.

Boyer and Preiss, (1981). Plant Physiology 67, 1141-1145.Boyer and Preiss, (1981). Plant Physiology 67, 1141-1145.

Boye et al., (1980). Starch 32, 217-222.Boye et al., (1980). Starch 32, 217-222.

Buleon et al., (1998). International Journal of Biological Macromolecules 23, 85-112.Buleon et al., (1998). International Journal of Biological Macromolecules 23, 85-112.

Calvert et al., (1976). Nutrition Reports. International 14, 55-61.Calvert et al., (1976). Nutrition Reports. International 14, 55-61.

Campbell et al., (1994). Cereal Chemistry 71, 464-468.Campbell et al., (1994). Cereal Chemistry 71, 464-468.

Cao et al., (2000). Achives. of Biochemistry and Biophysics. 373, 135-146.Cao et al., (2000). Achives. of Biochemistry and Biophysics. 373, 135-146.

Case et al., (1998). Journal of Cereal Science 27, 301-314.Case et al., (1998). Journal of Cereal Science 27, 301-314.

Castillo, et al., (1994). Biotechnology 12, 1366-1371.Castillo, et al., (1994). Biotechnology 12, 1366-1371.

Cho, et al. (1999). Plant Science (Limerick) 148, 9-17.Cho, et al. (1999). Plant Science (Limerick) 148, 9-17.

Craig et al. (1998). Plant Cell 10, 413-426.Craig et al. (1998). Plant Cell 10, 413-426.

Czuchajowska et al. (1998). Cereal Chemistry 75, 747-754.Czuchajowska et al. (1998). Cereal Chemistry 75, 747-754.

Czuchajowska et al. (1992). Cereal Chemistry 69, 413-418.Czuchajowska et al. (1992). Cereal Chemistry 69, 413-418.

Denyere et al. (1996). Plant Physiology 112, 779-785.Denyere et al. (1996). Plant Physiology 112, 779-785.

Elfverson et al. (1999). Cereal Chemistry 76, 434-438.Elfverson et al. (1999). Cereal Chemistry 76, 434-438.

Eslick and Ries, (1976). Barley Genetics Newsletter 6, 21-22.Eslick and Ries, (1976). Barley Genetics Newsletter 6, 21-22.

Fastnaught et al. (1996). Crop Science 36, 941-946.Fastnaught et al. (1996). Crop Science 36, 941-946.

Fedak et al. (1972). Canadian Journal of Genetics and Cytology 14, 949-957.Fedak et al. (1972). Canadian Journal of Genetics and Cytology 14, 949-957.

Filpse et al. (1996). Planta 198, 340.Filpse et al. (1996). Planta 198, 340.

Fontaine et al. (1993). Journal of Biological Chemistry 268, 16223-16230.Fontaine et al. (1993). Journal of Biological Chemistry 268, 16223-16230.

Fujita et al. (1999). Breeding Science 49, 217-219.Fujita et al. (1999). Breeding Science 49, 217-219.

Fuwa et al. (1999). Starch/Starke 51, 147-151.Fuwa et al. (1999). Starch / Starke 51, 147-151.

Gao et al. (1998). Plant Cell 10, 399-412.Gao et al. (1998). Plant Cell 10, 399-412.

Giroux and Hannah (1994). Molecular and General Genetics 243, 400-408.Giroux and Hannah (1994). Molecular and General Genetics 243, 400-408.

Gless et al. (1998). Journal of Plant Physiology 152, 151-157.Gless et al. (1998). Journal of Plant Physiology 152, 151-157.

Goering and DeHaas, (1974). Cereal Chemistry 51, 573-578.Goering and DeHaas, (1974). Cereal Chemistry 51, 573-578.

Granfeldt et al. (1994). American Journal of Clinical Nutrition 59, 1075-1082.Granfeldt et al. (1994). American Journal of Clinical Nutrition 59, 1075-1082.

Green et al. (1997). Plant Physiology 114, 203-212.Green et al. (1997). Plant Physiology 114, 203-212.

Gubler et al. (2000). Plant Physiology 122, 1457.Gubler et al. (2000). Plant Physiology 122, 1457.

Hedman and Boyer, (1982). Biochemical Genetics 20, 483-492.Hedman and Boyer, (1982). Biochemical Genetics 20, 483-492.

Izydorczyk et al. (2000). Journal of Agricultural and Food Chemistry 48, 982-989.Izydorczyk et al. (2000). Journal of Agricultural and Food Chemistry 48, 982-989.

James et al. (1995). Plant Cell 7, 417-429.James et al. (1995). Plant Cell 7, 417-429.

Jane et al. (1999). Cereal Chemistry 76, 629-637.Jane et al. (1999). Cereal Chemistry 76, 629-637.

Jarvi and Eslick, R.F. (1975). Crop Science 15, 363-366.Jarvi and Eslick, R.F. (1975). Crop Science 15, 363-366.

Jobling et al. (1999). Plant Journal 18, 163-171.Jobling et al. (1999). Plant Journal 18, 163-171.

Katz et al. (1993). Carbohydrate polymers 21, 133-136.Katz et al. (1993). Carbohydrate polymers 21, 133-136.

Knight et al. (1998). Plant Journal 14, 613-622.Knight et al. (1998). Plant Journal 14, 613-622.

Konik-Rose et al. (2001). Sfarch 53, 14-20.Konik-Rose et al. (2001). Sfarch 53, 14-20.

Krueger et al. (1987). Cereal Chemistry 64, 187-190.Krueger et al. (1987). Cereal Chemistry 64, 187-190.

Kubo et al. (1999). Plant Physiology 121, 399-409.Kubo et al. (1999). Plant Physiology 121, 399-409.

Li et al. (1999). Plant Physiology 120, 1147-1155.Li et al. (1999). Plant Physiology 120, 1147-1155.

Li et al. (2000). Plant Physiology 123, 613-624.Li et al. (2000). Plant Physiology 123, 613-624.

Li et al. (1999). Theoretical and Applied Genetics 98, 1208-1216.Li et al. (1999). Theoretical and Applied Genetics 98, 1208-1216.

Mizuno et al. (1993). Journal of Biological Chemistry 268, 19084-19091.Mizuno et al. (1993). Journal of Biological Chemistry 268, 19084-19091.

Mizuno et al. (1992). Journal of Biochemistry 112, 643-651.Mizuno et al. (1992). Journal of Biochemistry 112, 643-651.

Morell et al. (1997). Plant Physiology 113, 201-208.Morell et al. (1997). Plant Physiology 113, 201-208.

Morell et al. (1998). Electrophoresis 19, 2603-2611.Morell et al. (1998). Electrophoresis 19, 2603-2611.

Morrison et al. (1984). Journal of Cereal Science 2, 257-271.Morrison et al. (1984). Journal of Cereal Science 2, 257-271.

Mouille et al. (1996). The Plant Cell 8, 1353-1366.Mouille et al. (1996). The Plant Cell 8, 1353-1366.

Myers et al. (2000). Plant Physiology 122, 989-997.Myers et al. (2000). Plant Physiology 122, 989-997.

Netsvetaev (1990). Nauchno-Tekh. Bull'VSGI, Odessa. № 175, 31-35.Netsvetaev (1990). Nauchno-Tekh. Bull'VSGI, Odessa. No. 175, 31-35.

Netsvetaev (1992). Cytology and Genetics (Kiev) 26, 26-30.Netsvetaev (1992). Cytology and Genetics (Kiev) 26, 26-30.

Netsvetaev and Krestinkov (1993). Barley Genetics Newsletter 22, 44-45.Netsvetaev and Krestinkov (1993). Barley Genetics Newsletter 22, 44-45.

Newman et al. (1978). Journal of Animal Science 47, 448-455.Newman et al. (1978). Journal of Animal Science 47, 448-455.

Ng et al. (1997). Cereal Chemistry 74, 288-288.Ng et al. (1997). Cereal Chemistry 74, 288-288.

Oscarsson et al. (1998). Journal of the science of food and agriculture 78, 359-366.Oscarsson et al. (1998). Journal of the science of food and agriculture 78, 359-366.

Oscarsson et al. (1996). Journal of Cereal Science 24, 161-170.Oscarsson et al. (1996). Journal of Cereal Science 24, 161-170.

Oscarsson et al. (1997). Journal of Cereal Science 26, 259-264.Oscarsson et al. (1997). Journal of Cereal Science 26, 259-264.

Pena et al. (1987). Nature, UK 325, 274-276.Pena et al. (1987). Nature, UK 325, 274-276.

Persson and Christerson, (1997). Sveriges. Utsadesforenings. Tidskrift. 107, 141-153.Persson and Christerson, (1997). Sveriges. Utsadesforenings. Tidskrift. 107, 141-153.

Persson et al. (1996). Sveriges. Utsadesforenings. Tidskrift. 106, 79-86.Persson et al. (1996). Sveriges. Utsadesforenings. Tidskrift. 106, 79-86.

Pomeranz, (1992). European Journal of Clinical Nutrition 46, S63-S68.Pomeranz, (1992). European Journal of Clinical Nutrition 46, S63-S68.

Pomeranz et al. (1972). Cereal Chemistry 49, 629-635.Pomeranz et al. (1972). Cereal Chemistry 49, 629-635.

Rahman et al. (1995). Australian Journal of Plant Physiology 22, 793-803.Rahman et al. (1995). Australian Journal of Plant Physiology 22, 793-803.

Ramage and Eslick (1975). Barley Genetics Newsletters 5, 114.Ramage and Eslick (1975). Barley Genetics Newsletters 5, 114.

Ramage and Eslick, (1975). Barley Genetics Newsletter 6, 115.Ramage and Eslick, (1975). Barley Genetics Newsletter 6, 115.

Schondelmaier et al. (1992). Plant Breeding 109, 274-280.Schondelmaier et al. (1992). Plant Breeding 109, 274-280.

Shulmann and Kammiovirta, (1991). Starch 43, 387-389.Shulmann and Kammiovirta, (1991). Starch 43, 387-389.

Schwall et al. (2000). Nature Biotechnology 18, 551-554.Schwall et al. (2000). Nature Biotechnology 18, 551-554.

Shure et al. (1983). Cell 35, 225-233.Shure et al. (1983). Cell 35, 225-233.

Somers et al. (1992). Fertile, transgenic oat plants. Bio/technology 10, 1589-1594.Somers et al. (1992). Fertile, transgenic oat plants. Bio / technology 10, 1589-1594.

Somers et al. (1994). Genetic engineering of oat. 37-46.Somers et al. (1994). Genetic engineering of oat. 37-46.

Song and Jane (2000). Carbohydrate Polymers 41, 365-377.Song and Jane (2000). Carbohydrate Polymers 41, 365-377.

Sun et al. (1997). The New Phytologist 137, 215-215.Sun et al. (1997). The New Phytologist 137, 215-215.

Sundberg et al. (1998). Journal of the Science of Food and Agriculture 76, 457-463.Sundberg et al. (1998). Journal of the Science of Food and Agriculture 76, 457-463.

Swanston (1992). Barley Genetics Newsletter 22, 66-67.Swanston (1992). Barley Genetics Newsletter 22, 66-67.

Swanston et al. (1995). Journal of Cereal Science 22, 265-273.Swanston et al. (1995). Journal of Cereal Science 22, 265-273.

Takeda et al. (1993). Carbohydrate Research 246, 273-281.Takeda et al. (1993). Carbohydrate Research 246, 273-281.

Thorbjornsen et al. (1996). Plant Journal 10, 243-250.Thorbjornsen et al. (1996). Plant Journal 10, 243-250.

Tingay et al. (1997). Plant Journal 11, 1369-1376.Tingay et al. (1997). Plant Journal 11, 1369-1376.

Topping (1999). Asia Pacific Journal of Clinical Nutrition 8, S22-S26.Topping (1999). Asia Pacific Journal of Clinical Nutrition 8, S22-S26.

Topping et al. (1997). The Journal of Nutrition 127, 615-615.Topping et al. (1997). The Journal of Nutrition 127, 615-615.

Vasanthan and Bhatty (1995). Cereal Chemistry 72, 379-384.Vasanthan and Bhatty (1995). Cereal Chemistry 72, 379-384.

Vasanthan and Bhatty (1998). Starch-Starke 50, 286-291.Vasanthan and Bhatty (1998). Starch-Starke 50, 286-291.

Walker and Merritt (1968). Nature 221, 482-484.Walker and Merritt (1968). Nature 221, 482-484.

Wan and Lemaux (1994). Plant Physiology 104, 37-48.Wan and Lemaux (1994). Plant Physiology 104, 37-48.

Wang et al. (1998). Journal of Experimental Botany 49, 481-502.Wang et al. (1998). Journal of Experimental Botany 49, 481-502.

Wang et al. (1993). Cereal Chemistry 70, 521-525.Wang et al. (1993). Cereal Chemistry 70, 521-525.

Wilson and McNab (1975). British Poultry Science 16, 497-504.Wilson and McNab (1975). British Poultry Science 16, 497-504.

Xue et al. (1996). Cereal Chemistry 73, 588-592.Xue et al. (1996). Cereal Chemistry 73, 588-592.

Yamamori (1998) (Anon.), pp.300-302. University Extension Press, University of Saskatchewan, Saskatoon.Yamamori (1998) (Anon.), Pp. 300-302. University Extension Press, University of Saskatchewan, Saskatoon.

Yamamori and Endo (1996). Theoretical and Applied Genetics 93, 275-281.Yamamori and Endo (1996). Theoretical and Applied Genetics 93, 275-281.

Yoshimoto et al. (2000). Cereal Chemistry 77, 279-285.Yoshimoto et al. (2000). Cereal Chemistry 77, 279-285.

Zhang et al. (1999). Plant Celt Reports. 18, 959-966.Zhang et al. (1999). Plant Celt Reports. 18, 959-966.

Zheng et al. (2000). Cereal Chemistry 77, 140-144.Zheng et al. (2000). Cereal Chemistry 77, 140-144.

Zwar and Chandler (1995). Planta 197, 39-48.Zwar and Chandler (1995). Planta 197, 39-48.

Figure 00000006
Figure 00000006

Figure 00000007
Figure 00000007

Figure 00000008
Figure 00000008

Figure 00000009
Figure 00000009

Figure 00000010
Figure 00000010

Figure 00000011
Figure 00000011

Figure 00000012
Figure 00000012

Figure 00000013
Figure 00000013

Figure 00000014
Figure 00000014

Figure 00000015
Figure 00000015

Figure 00000016
Figure 00000016

Figure 00000017
Figure 00000017

Claims (33)

1. Зерно, полученное из растения ячменя, содержащее введенную мутацию в гене SSII или трансген, которые понижают уровень активности SSII, причем указанное зерно является полезным для промышленного получения пищевых продуктов.1. A grain obtained from a barley plant containing the introduced mutation in the SSII gene or transgene, which lower the level of activity of SSII, and this grain is useful for industrial production of food products. 2. Зерно по п.1, содержащее по меньшей мере 6% β-глюкана, выраженного как процент от суммарной массы нешелушенного зерна.2. The grain according to claim 1, containing at least 6% β-glucan, expressed as a percentage of the total mass of unshelled grain. 3. Зерно по п.1, которое представляет собой измельченное, размолотое зерно, в виде перловой крупы, в виде зерновых хлопьев, дробленое, расколотое или цельное зерно.3. The grain according to claim 1, which is a crushed, crushed grain, in the form of pearl barley, in the form of cereal flakes, crushed, chopped or whole grain. 4. Зерно по п.1, имеющее характеристику, выбранную из группы, состоящей из наличия содержания крахмала более 12% от беспокровного зерна, способности к легкому измельчению, отсутствия пурпурного окрашивания, беспокровности и наличия отношения длины к толщине менее чем примерно 5,8.4. The grain according to claim 1, having a characteristic selected from the group consisting of the presence of a starch content of more than 12% of seedless grain, the ability to grind lightly, the absence of purple color, bloodlessness and the presence of a length to thickness ratio of less than about 5.8. 5. Зерно по п.1, имеющее отношение длины к толщине менее чем примерно 5,5.5. The grain according to claim 1, having a length to thickness ratio of less than about 5.5. 6. Зерно по п.1, имеющее отношение длины к толщине в диапазоне от 4 до 5.6. The grain according to claim 1, having a length to thickness ratio in the range of 4 to 5. 7. Зерно по п.1, которое содержит трансген и трансген выбран из группы, состоящей из7. The grain according to claim 1, which contains a transgene and the transgene is selected from the group consisting of ДНК, которая направляет синтез антисмысловой молекулы, которая препятствует транскрипции или процессингу гена SSII,DNA that directs the synthesis of an antisense molecule that interferes with the transcription or processing of the SSII gene, SSII-специфичного рибозима,SSII-specific ribozyme, экстра-копии гена SSII для косупрессии гена SSII иextra copies of the SSII gene for cosuppression of the SSII gene and ДНК, которая направляет синтез двунитевого продукта РНК, опосредующего супрессию гена SSII.DNA that directs the synthesis of a double-stranded RNA product that mediates suppression of the SSII gene. 8. Зерно, полученное из растения ячменя, содержащее введенную мутацию в гене SSII или трансген, которые понижают уровень активности SSII, и являющееся полезным для промышленного получения пищевых продуктов, причем крахмал из этого зерна содержит по меньшей мере 50% (мас./мас.) амилозы, как измерено с помощью ВЭЖХ.8. A grain obtained from a barley plant, containing the introduced mutation in the SSII gene or transgene, which lower the level of activity of SSII, and which is useful for the industrial production of food products, and starch from this grain contains at least 50% (wt./wt. ) amyloses as measured by HPLC. 9. Крахмал, полученный из зерна по любому из пп.1-8.9. Starch obtained from grain according to any one of claims 1 to 8. 10. Крахмал по п.9, который проявляет пониженную температуру желатинизации, как измерено с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии.10. The starch according to claim 9, which exhibits a reduced gelatinization temperature, as measured by differential scanning calorimetry. 11. Крахмал по п.10, пониженная температура желатинизации которого характеризуется пониженной температурой начала первого пика, определенного с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии.11. The starch of claim 10, the low gelatinization temperature of which is characterized by a lower temperature of the beginning of the first peak, determined using differential scanning calorimetry. 12. Крахмал по п.10, пониженная температура желатинизации которого характеризуется пониженной температурой вершины первого пика, определенной с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии.12. The starch of claim 10, the low gelatinization temperature of which is characterized by a lower peak temperature of the first peak, determined using differential scanning calorimetry. 13. Крахмал по п.10, пониженная температура желатинизации которого характеризуется пониженной энтальпией (ΔН) первого пика, определенной с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии.13. The starch of claim 10, the low gelatinization temperature of which is characterized by a reduced enthalpy (ΔH) of the first peak determined using differential scanning calorimetry. 14. Крахмал по п.9, имеющий объем набухания менее 3,2.14. The starch according to claim 9, having a swelling volume of less than 3.2. 15. Крахмал по п.14, имеющий объем набухания по меньшей мере примерно 2.15. The starch of claim 14, having a swelling volume of at least about 2. 16. Крахмал по п.9, который при желатинизации проявляет пониженную пиковую вязкость.16. The starch according to claim 9, which when gelatinization exhibits a reduced peak viscosity. 17. Крахмал по п.9, температура пастирования которого выше 75°С.17. The starch according to claim 9, the pasting temperature of which is higher than 75 ° C. 18. Крахмал по п.9, имеющий измененную структуру, причем на эту измененную структуру указывает одна или более чем одна характеристика, выбранная из группы, состоящей из физической недоступности вследствие наличия высокого содержания β-глюкана, измененной морфологии гранулы, присутствия заметного связанного с крахмалом липида, низкой кристалличности и пониженной длины цепи амилопектина.18. The starch according to claim 9, having a modified structure, and this changed structure is indicated by one or more than one characteristic selected from the group consisting of physical inaccessibility due to the presence of a high content of β-glucan, altered morphology of the granule, the presence of a noticeable starch-related lipid, low crystallinity and reduced chain length of amylopectin. 19. Крахмал по п.9, который содержит по меньшей мере 50% (мас./мас.) амилозы.19. The starch according to claim 9, which contains at least 50% (wt./wt.) Amylose. 20. Крахмал по п.19, который содержит по меньшей мере 60% (мас./мас.) амилозы.20. The starch according to claim 19, which contains at least 60% (wt./wt.) Amylose. 21. Крахмал по п.9, содержащий заметные количества связанного с крахмалом липида, причем этот крахмал со связанным липидом проявляет V-комплексную кристаллическую форму, где эта V-комплексная кристаллическая форма представлена в количестве по меньшей мере 10% от кристаллического крахмала.21. The starch according to claim 9, containing appreciable amounts of starch-bound lipid, the starch with bound lipid exhibiting a V-complex crystalline form, where this V-complex crystalline form is present in an amount of at least 10% of crystalline starch. 22. Крахмал по п.21, который содержит менее 5% А-комплексной формы крахмала.22. Starch according to item 21, which contains less than 5% of the A-complex form of starch. 23. Крахмал по п.18, у которого степень кристалличности снижена по сравнению с нормальным крахмалом, выделенным из ячменя, причем доля крахмала, который проявляет кристалличность, составляет менее чем примерно 20%.23. The starch of claim 18, wherein the degree of crystallinity is reduced compared to normal starch isolated from barley, wherein the proportion of starch that exhibits crystallinity is less than about 20%. 24. Крахмал по п.18, который характеризуется измененной длиной цепи амилопектина после удаления разветвления цепи, причем эта измененная длина цепи амилопектина характеризуется одним или более чем одним из следующего:24. The starch according to p. 18, which is characterized by a modified chain length of amylopectin after removal of the branching chain, and this changed chain length of amylopectin is characterized by one or more than one of the following: а) доля цепей, имеющих длину в диапазоне от 6 до 11 остатков, составляет по меньшей мере 25%,a) the proportion of chains having a length in the range from 6 to 11 residues is at least 25%, б) доля цепей, имеющих длину в диапазоне от 12 до 30 остатков, составляет менее 65%, иb) the proportion of chains having a length in the range from 12 to 30 residues is less than 65%, and в) доля цепей, имеющих длину в диапазоне от 31 до 60 остатков, составляет менее 10%.c) the proportion of chains having a length in the range from 31 to 60 residues is less than 10%. 25. Крахмал по п.24, у которого доля цепей амилопектина, которые имеют длину в диапазоне от 31 до 60 остатков, составляет более чем примерно 5%.25. The starch according to paragraph 24, in which the proportion of amylopectin chains that have a length in the range of 31 to 60 residues is more than about 5%. 26. Растение ячменя, имеющее пониженный уровень активности SSII, способное давать зерно по любому из пп.1-8.26. A barley plant having a reduced level of SSII activity, capable of producing grain according to any one of claims 1 to 8. 27. Способ получения растения ячменя с пониженным уровнем активности SSII, способного давать зерно по любому из пп.1-8, включающий в себя стадии, на которых27. A method of obtaining a barley plant with a reduced level of activity of SSII, capable of producing grain according to any one of claims 1 to 8, including the stages at which а) вводят генетическую вариацию в родительское растение ячменя, которая представляет собой либо мутацию в гене SSII, либо трансген, которые понижают уровень активности SSII,a) introducing a genetic variation into the parent barley plant, which is either a mutation in the SSII gene or a transgene that lower the level of SSII activity, б) получают посевной материал от этого родительского растения ячменя иb) receive seed from this parent barley plant and в) осуществляют отбор семян, полученных в результате стадии (б), для тех семян, которые имеют пониженный уровень активности SSII, иC) carry out the selection of seeds obtained as a result of stage (b), for those seeds that have a reduced level of activity of SSII, and г) выращивают растение ячменя из семян со стадии (в).d) a barley plant is grown from seeds from stage (c). 28. Способ по п.27, в котором стадия (а) включает в себя мутагенез родительского растения ячменя.28. The method according to item 27, in which stage (a) includes mutagenesis of the parent barley plant. 29. Способ по п.27, в котором стадия (в) включает в себя отбор семян для фенотипа сморщенного эндосперма или отбор семян для высоких уровней амилозы.29. The method according to item 27, in which stage (C) includes selecting seeds for the phenotype of the shriveled endosperm or selecting seeds for high levels of amylose. 30. Способ получения крахмала, включающий в себя стадии, на которых30. A method for producing starch, comprising the steps of: а) измельчают зерно по любому из пп.1-8 иa) crushed grain according to any one of claims 1 to 8 and б) экстрагируют крахмал из этого измельченного зерна.b) extract starch from this crushed grain. 31. Крахмальные гранулы ячменя, полученные из зерна по любому из пп.1-8, причем крахмал указанных гранул содержит по меньшей мере 50% (мас./мас.) амилозы, как измерено с помощью ВЭЖХ.31. Starch granules of barley obtained from grain according to any one of claims 1 to 8, and the starch of these granules contains at least 50% (wt./wt.) Amylose, as measured by HPLC. 32. Мука или непросеянная мука, полученная из зерна по любому из пп.1-8, отличающаяся тем, что имеет объем набухания менее 3,2.32. Flour or wholemeal flour obtained from grain according to any one of claims 1 to 8, characterized in that it has a swelling volume of less than 3.2. 33. Мука или непросеянная мука, полученная из зерна по любому из пп.1-8, отличающаяся тем, что имеет объем набухания по меньшей мере примерно 2.33. Flour or wholemeal obtained from grain according to any one of claims 1 to 8, characterized in that it has a swelling volume of at least about 2.
RU2003113556/13A 2000-11-09 2001-11-09 Barley of reduced starch ii synthase (ssii) activity RU2268584C2 (en)

Applications Claiming Priority (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AUPR1370 2000-11-09
AUPR1373A AUPR137300A0 (en) 2000-11-09 2000-11-09 Barley, oat or rye plant with grain having elevated dietary fibre and beta glucan
AUPR1370A AUPR137000A0 (en) 2000-11-09 2000-11-09 Barley with resistant starch having an altered structure
AUPR1371 2000-11-09
AUPR1373 2000-11-09
AUPR1372 2000-11-09
AUPR1371A AUPR137100A0 (en) 2000-11-09 2000-11-09 Barley plant with high amylose starch

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2003113556A RU2003113556A (en) 2004-12-10
RU2268584C2 true RU2268584C2 (en) 2006-01-27

Family

ID=36047982

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2003113556/13A RU2268584C2 (en) 2000-11-09 2001-11-09 Barley of reduced starch ii synthase (ssii) activity

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2268584C2 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PLANT PHYSIOLOGY, 1999, vol.120, р.1147-55. PLANT PHYSIOLOGY, 2000, vol.122, p.255-63. PLANT CELL, 1998, vol.10, р.413-26. GENOME, 2000, vol.43, р.768-75. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8178759B2 (en) Barely with reduced SSII activity and starch and starch containing products with a reduced amylopectin content
RU2619636C2 (en) High amylose wheat
US7919132B2 (en) Barley with altered branching enzyme activity and starch and starch containing products with an increased amylose content
JP5562295B2 (en) Wheat with modified branching enzyme activity, and starch and starch-containing products obtained therefrom
JP2015504301A (en) High amylose wheat
RU2268584C2 (en) Barley of reduced starch ii synthase (ssii) activity
AU2002214804B2 (en) Barley with reduced SSII activity and starch containing products with a reduced amylopectin content
RU2811010C2 (en) High-amylosic wheat-iii
AU2002214804A1 (en) Barley with reduced SSII activity and starch containing products with a reduced amylopectin content