淀粉,除了作为人类主要能量来源之外,在非食品领域,如造纸、纺织、粘合剂、可生物降解塑料、制药和护肤品等应用广泛。其在各领域中的应用与理化特性直接相关,而理化特性是由淀粉来源和多尺度结构决定,因此,明确淀粉多尺度结构是实现各类型淀粉精准应用的前提。目前,针对天然淀粉在溶解性、凝胶性能和粘弹性、重结晶和消化性等方面存在的诸多不足,多采用化学、物理和生物学方法改性淀粉以赋予其新功能。生物学方法作为“绿色改性”方法之一可以在上游调控淀粉合成,以生产更多符合工业和社会需求的淀粉类型,是国内外研究人员共同关注的热点问题。高粱(Sorghum bicolor(L.)Moench)作为C4植物,因其抗盐碱、干旱、热胁迫等恶劣环境的能力强,被广泛种植于热带、亚热带和温带地区,是世界上仅次于小麦、玉米、水稻和大麦的第五大重要谷物作物。淀粉是高粱籽粒的主要成分(65%-70%),充分深入研究高粱淀粉的结构性质对拓宽高粱、高粱淀粉及selleck产品淀粉产业具有重要意义。然而,针对“从高粱淀粉的合成源头调控淀粉结构”的研究鲜有报道。在现阶段高粱种质资源的基础上,明确如何通过遗传转化的方式获取新型高粱淀粉类型对扩展淀粉应用有重要意义。本研究以不同直链淀粉含量高粱淀粉理化特性差异为基础,采用“倒序的方式”,探究不同品系不同生长阶段高粱胚乳中淀粉颗粒多尺度结构生长演变规律;通过转录组测序深入探讨调控淀粉多尺度结构合成基因的种类及功能;通过基因工程技术获取了多种类型高粱淀粉并在体外纯化获取了调控高粱淀粉合成的三种关键基因,进一步构建了淀粉合成关键基因-结构-性质的关系网络,为实现在高粱淀粉合成的源头精准调控淀粉结构提供了参考依据。主要研究内容如下:(1)不同品系不同生长阶段高粱淀粉多尺度结构与理化特性分析。结果显示发育过程中糯高粱、粘高粱和H37高粱中直链淀粉含量分布范围分别为4.80%-6.25%、5.82%-9.76%和17.87%-27.47%。中间级分在淀粉生成初期即存在,在蜡质高粱发育后期直链淀粉通过中间级分转化为支链淀粉;发育19天糯高粱支链淀粉中B1链含量最高,而粘高粱与之相反。通过分析支链淀粉内链发现,H37高粱淀粉内链聚合度高于蜡质高粱淀粉。高粱淀粉颗粒半结晶层状结构厚度介于9.4-10.7nTelaglenastat体内实验剂量m,且属于典型的A型结晶结构,其相对结晶度随发育时间延长增加。不同发育阶段糯、粘和H37高粱淀粉的~(13)C CP/MAS NMR图谱均在100-106ppm(C1)处出现了三个独立峰。发育10-19天高粱淀粉颗粒大小和光滑程度不均一,但是呈现规则形状,且颗粒表面存Farmed sea bass在孔径为178-298nm的微孔。随着发育时间延长,颗粒表面因受挤压成为不规则多边形,且微孔通道深度加深。此外,淀粉的焓值和抗水解能力均随着生长期延长而增长,但是蜡质高粱淀粉颗粒的水解速率显著高于H37高粱淀粉。(2)通过转录组测序分析明确了高粱胚乳中淀粉与蔗糖合成代谢通路:Ko00500。该通路共涉及184个基因,在高粱淀粉合成过程中发挥生理功能的基因有22个,但是在糯、粘和H37高粱中与淀粉合成相关酶直接相关且具有高表达量的基因共13个。基因的功能总结为如下:(1)AGPLS1决定籽粒产量;(2)GBSSI主要负责直链淀粉合成,参与支链淀粉长B链合成;(3)SSSI是支链淀粉合成必不可少的酶,SSSIIa和SSSIIIa分别负责DP>25和12