• 제목/요약/키워드: Starch mutant

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Modulation of Hydrolysis and Transglycosylation Activity of Thermus Maltogenic Amylase by Combinatorial Saturation Mutagenesis

  • Oh, Su-Won;Jang, Myoung-Uoon;Jeong, Chang-Ku;Kang, Hye-Jeong;Park, Jung-Mi;Kim, Tae-Jip
    • Journal of Microbiology and Biotechnology
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    • 제18권8호
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    • pp.1401-1407
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    • 2008
  • The roles of conserved amino acid residues (Va1329-Ala330-Asn331-Glu332), constituting an extra sugar-binding space (ESBS) of Thermus maltogenic amylase (ThMA), were investigated by combinatorial saturation mutagenesis. Various ThMA mutants were firstly screened on the basis of starch hydrolyzing activity and their enzymatic properties were characterized in detail. Most of the ThMA variants showed remarkable decreases in their hydrolyzing activity, but their specificity against various substrates could be altered by mutagenesis. Unexpectedly, mutant H-16 (Gly-Leu-Val-Tyr) showed almost identical hydrolyzing and transglycosylation activities to wild type, whereas K-33 (Ser-Gly-Asp-Glu) showed an extremely low transglycosylation activity. Interestingly, K-33 produced glucose, maltose, and acarviosine from acarbose, whereas ThMA hydrolyzed acarbose to only glucose and acarviosine-glucose. These results propose that the substrate specificity, hydrolysis pattern, and transglycosylation activity of ThMA can be modulated by combinatorial mutations near the ESBS.

Development of dry milling suitable rice cultivar to invigorate rice processing products

  • Jeung, Ji-Ung
    • 한국작물학회:학술대회논문집
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    • 한국작물학회 2017년도 9th Asian Crop Science Association conference
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    • pp.10-10
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    • 2017
  • Rice consumption has been continuously decreasing as the eating habits of Koreans have become westernized and diversified. The per capita annual rice consumption in Korea has dropped sharply from 136.4 kg in 1970 to 61.9 kg in 2016. The Korean government, therefore, has been trying to promote rice consumption by invigorating the processed food industry using rice flour. To facilitate the market for processed rice foods, it is essential to develop proper milling technology in terms of flour particle size and damaged starch content to produce high quality rice flour at competitive cost. Dry milling and wet milling are the two major processes used to produce rice flour. Although the dry milling process is relatively simple with a lower production cost, damaged starch content increases because of the high grain hardness of rice. In wet milling, the quality of rice flour is improved by reducing flour particle size as well as damaged starch content through soaking procedures. However, the production costs are high because of the additional expenses associated with the disposal of waste water, sterilization and drying of the wet flour. Recently developed technologies such as jet milling and cryogenic milling also require expensive investment and production. Therefore, developing new rice cultivars with dry milling adaptability as well as good processing properties is an important goal of rice breeding in Korea. 'Suweon 542' is a floury endosperm mutant line derived from sodium azide treatment on a high-yield, early maturing, and non-glutinous japonica rice cultivar, 'Namil'. Compared with the wild type, after dry milling process, the grain hardness of 'Suweon 542' was significantly lower because of its round and loosely packed starch granules. Also, the flour of 'Suweon 542' had significantly smaller particles and less damaged starch than 'Namil' and other rice cultivars and its particle size distribution was similar to a commercial wheat cultivar. Recently, through collaborations with nine universities and food companies, a total of 21 kinds of processed prototypes, using the dry milling flour of 'Suweon 542', were evaluated. In the production of major rice processing products, there was no significant quality difference between the flours prepared by wet milling and dry milling. Although the amount of water added to the dough was slightly increased, it was confirmed that the recipe applying the wet flour could be used without significant change. To efficiently transfer the floury endosperm characteristics of 'Suweon 542' to other commercial rice cultivars, it is essential to develop DNA marker tightly linked to the target gene. Association analysis using 70 genome-wide SSR markers and 94 F2 plants derived from 'Suweon 542'/'Milyang 23' showed that markers on chromosome 5 explained a large portion of the variation in floury grains percentage (FGP). Further analysis with an increased number of SSR markers revealed that the floury endosperm of 'Suweon 542' was directed by a major recessive locus, flo7(t), located in the 19.33-19.86 Mbp region of chromosome 5, with RM18639 explaining 92.2% of FGP variation in the F2 population. Through further physical mapping, a co-segregate and co-dominant DNA marker with the locus, flo7(t) was successfully developed, by which, thereby, breeding efficiency of rice cultivars having proper dry milling adaptability with high yield potential or useful functional materials would be improved. 'Suweon 542' maintained the early maturity of the wild type, Namil, which can be used in rice-wheat double cropping systems in Korea not only for improved arable land but also for sharing flour production facilities. In addition to the high susceptibility against major rice diseases, nevertheless, another possible drawback of 'Suweon 542' is the high rate of viviparous under prolonged rainfall during the harvesting season. To overcome susceptibility and vivipary of 'Suweon 542', the progeny lines, derived from the crosses 'Suweon 542' and 'Jopyeong', an early maturing rice cultivar with multiple resistance against rice blast, bacterial blight, and rice strip virus, and 'Heugjinju', a anthocyanin pigment containing black rice cultivar, were intensively evaluated. As the outputs, three dry milling suitable rice elite lines, 'Jeonju614', 'Jeonju615', and 'Jeonju616' were developed.

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남일벼 돌연변이 후대 분질계통, Namil(SA)-flo1의 건식제분 적합성 평가 (Evaluations on the Namil(SA)-flo1, a Floury Japonica Rice Line, for Dry Milling Process to Produce Rice Flour)

  • 정지웅;신영섭
    • 한국작물학회지
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    • 제56권1호
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    • pp.57-63
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    • 2011
  • 본 연구를 통하여 조생 다수성 벼 품종인 남일벼의 돌연변이 후대계통으로 'Namil(SA)2652-RGA-l-l-l-l'의 계보를 지니며 Namil(SA)-flo1로 명명된 분질계통의 건식제분 적성과 쌀가루의 이화학적 특성과 호화특성 등을 평가하였다. 배유절단면의 전자현미경 관찰결과 원품종인 남일벼는 배유절단면이 부드러우며 다변각의 전분립들이 치밀하게 배열된 반면 Namil(SA)-flo1은 원형모양의 전분립들이 매우 성기게 배열되어있었다. Namil(SA)-flo1의 작물학적 특성은 남일벼와 유사하였으나 등숙비율과 천립중이 낮았으며 이러한 특성은 백미수량 감소로 이어짐을 알 수 있었다. 조직분석기들 이용한 곡립경도측정 결과 Namil(SA)-flo1는 3,417 g으로 남일벼 (7,526 g)의 45% 수준으로 매우 낮았다. 건식제분기인 Buhler 제분기를 이용해 동일조건에서 생산된 쌀가루들에 대한 입도분석결과 Namil(SA)-flo1는 평균 $86.1{\mu}m$로서 원품종인 남일벼 ($109.1{\mu}m$)는 물론 화성벼($112.2{\mu}m$)나 설갱벼 ($97.6{\mu}m$)보다 매우 고운입자로 이루어져 있음을 확인하였다. 건식제분에 의한 쌀가루의 손상전분량 역시 Namil(SA)-flo1가 5.1% 수준으로 남일벼 (9.2%), 화성벼(10.3%) 및 설갱벼(7.1%) 보다 매우 낮아 Namil(SA)-flo1의 높은 건식제분 적합성을 확인할 수 있었다. 반면 Namil(SA)-flol에서 생산된 쌀가루의 이화학적 특성과 호화특성은 원품종인 남일벼의 고유한 특성을 견지하고 있는 것으로 사료되었다.

벼의 조기노화 변이체의 형태, 생리 및 생화학적 특성 (Morphological, Physiological andd Biochemical Characteristics of Early Senescence Mutant in Rice (Oryza sativa L))

  • 이숙영
    • 한국자원식물학회지
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    • 제8권3호
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    • pp.325-334
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    • 1995
  • 인위(人爲) 돌연변이(突然變異) 유기(誘起)에 의한 새로운 유전형질(遺傳形質) 개발(開發)과유용(有用)한 유전자(遺傳子) 정보(情報)를 밝히기 위해 기호벼서 얻어진 조기노화계통(早期老化系統)에 대하여 엽녹소(葉綠素) 함량(含量), 천립중(千粒重)의 경시적 변화, 엽(葉)의 조직특성(組織特性), 광(光) 반재율(反財率) 및 투과율(透過率), 동위효소(同位酵素) 및 단백질(蛋白質) 특성(特性) 등을 기호벼와 비교(比較) 분석(分析)하였다. 얻어진 결과(結果)를 요약(要約)하면 다음과 같다. 1. 기호벼에서 유기(誘起) 선발(選拔)된 조기노화계통(早期老化系統)은 생육초기(生育初期)에는 정상엽(正常葉)으로 표현(表現)되다가 출수(出穗) 후(後) 20일(日)경부터 갑자기 엽(葉)이 황변(黃變)하여 급속(急速)히 노화(老化)가 진행(進行)되는 특성(特性)을 가지고 있다. 이 계통(系統)은 노화(老化)에 관련(關聯)되는 생리(生理) 생화학적(生化學的) 대사기작(代謝機作)을 밝히는 재료(材料)로 이용(利用)될 수 있을 것이다. 2. 조기노화계통(早期老化系統)의 총(總) 엽녹소(葉綠素) 함량(含量)은 출수(出穗) 후(後)20일(日) 이후(以後) 급격히 감소(減少)하여 기호벼 엽녹소(葉綠素) 함량(含量)의67%를 나타냈고, carotenoid 색소(色素)들에 있어서도 출수(出穗) 후(後) 20일(日)이후 급격히 감소(減少)하였다. 3 조기노화계통(早期老化系統)의 후(後) 엽녹소(葉綠素) 함량(含量)은 출수(出穗) 후(後) 20일(日)부터 급격히 감소(減少)하였으나 천립중(千粒重)은 출수(出穗) 후(後) 25일(日)부터 증가(增加)가 둔화되어 최종 천립중(千粒重)은 기호벼에 비해 9% 감소(減少)하였다. 4. 조기노화계통(早期老化系統)과 기호벼에 있어서 엽(葉) 세포미세기관(細胞微細器管)의 차이(差異)는 출수(出穗) 후(後) 20일(日)까지는 볼 수 없었으나, 출수(出穗) 후(後) 30일(日)에는 뚜렷한 차이(差異)를 나타냈다. 특히 조기노화계통(早期老化系統)은 grana의 배열이 변형(變形)되면서 저장전분(貯藏澱粉)이 축적되어 엽녹체(葉綠體) 모양이 파괴되어 있었다. 5. 개엽상태(個葉狀態)에서 조기노화계통(早期老化系統)은 기호벼에 비해 광합성(光合成)에 관여(關與)하는 $400\sim700nm$의 파장(波長)에서 반사율(反射率) 및 투과율(透過率)이 높았으며, 특히 $560\sim700nm$의 적색대(赤色帶)에서 더 높았다. 군락상태(群落狀態)에서도 조기노화계통(早期老化系統)의 반사율(反射率)은 적색대(赤色帶)부근에서 기호벼보다 높았다. 6. 등전점(登電點) 전기영동법(電氣泳動法)으로 esterase와 peroxidase 동위효소(同位酵素) 특성(特性)을, 그리고 SDS-PAGE법(法)으로 단백질(蛋白質) 양상을 등숙시기별(等熟時期別)로 조사(調査)한 결과(結果) 두 계통간(系統間) 질적(質的)인 차이(差異)는 보이지 않았으나 시기별(時期別)로는 양적차이(量的差異)를 나타냈다.

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특수 가공용 미질개발 : 분상질배유 돌연변이 계통의 이화학적특성과 유전 (Diversification of Rice Quality for Processing. Physicochemical Characteristics and Inheritance of Floury Endosperm Mutants)

  • 김광호;고희종;이장훈;박순직;허문회
    • 한국작물학회지
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    • 제38권3호
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    • pp.264-274
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    • 1993
  • 본 연구는 화청벼와 IR24의 돌연변이 계통인 분상질 및 심백 변이체의 작물학적 및 이화학적특성과 제병 및 알콜발효특성을 조사하여 그 가공적 이용성을 검토하고 분상질배유 유전자의 유전분리와 표지인자들과의 연관 관계를 밝히고자 수행하였으며 그 결과는 다음과 같다. 1. 돌연변이체의 종실은 원품종에 비해 작았으며, 천입중과 1$\ell$중도 전반적으로 가벼운 것으로 나타났다. 2. 변이체들의 출수기는 원품종과 같았으며, 정조수량은 원품종에 비해 낮았다. 3. 분상질 배유의 전분립은 느슨한 결정구조를 갖고 있었고, 전분립의 크기는 원품종과 변이체들간에 동일경향이 아니었으며, 원품종에 비해 변이체들은 밀도와 경도가 낮았다. 4. 변이체들의 아밀로스 함량은 16.9~28.5%로 변이복이 크게 나타났다. 현미의 조단백 함량에서 화청벼의 분상질변이체들은 원품종과 같았으나 IR24의 심백변이체인 47106은 원품종(8.30%)에 비해 11.32%로 높게 나타났다. 5. Gel consistency는 원품종들이 soft의 특성을 보였으나 분질 및 심백의 변이체에서는 모도 medium의 특성을 보였고, 백미의 알칼리 붕괴도는 원품종에 비해 분수질 변이체들에서 높게 나타났다. 6. Amylogram에 의한 호화개시 온도는 IR24의 분상질변이체(47160)를 제외하고 모도 원품종과 비슷하였으나, 최고점도와 최저점도 및 굳음성은 원품종 화청벼와 IR24에 비해 변이체에서 월등히 낮게 나타났다. 7. Instron으로 측정된 증편의 경도와 gumminess로 볼 때 화청벼 분상질 및 심백변이체로 조제된 증편은 다소 부드러운 특성을 나타냈으나, IR24의 경우는 일정 경향이 없었다. 분상질미와 심백미의 증편부피는 원품종에 비해 대체로 크게 나타났다. 8. 알콜발효 과정 중 당도 저하는 변이체들 특히 분상질에서 빨리 일어났고, 발효 10일 후의 알콜생성량도 원품종에 비해 변이체들에서 높게 나타나서 분상질미는 양조용으로서의 이용성이 크게 기대되었다. 9. 화청벼와 IR24에서 유래한 분상질 배유유전자들의 대립성 검정결과 서로 다른 3개의 유전자좌를 탐색하였으며, 그 유전자들을 각각 flo-a, flo-b, flo-c로 표시하였다. 10. flo-a 유전자는 IV번 연관군의 lg(liguleless ; 무엽설) 유전자와 5.76$\pm$1.72%(상반)로 연관되어 있었다.

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Lipomyces starkeyi JLC26에서 유래된 Carbohydrase의 특성 (Properties of Carbohydrase Prepared from Lipomyces starkeyi JLC26)

  • 전선미;김도만;김도원
    • KSBB Journal
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    • 제14권6호
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    • pp.713-717
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    • 1999
  • Lipomyces starkeyi ATCC 74054를 UV로 돌연변이하여 선발한 JLC26의 효소적인 특성을 알아보았다. 효소는 70% ammonium sulfate로 침전시키고, CM-Sepharose column chromatography로 부분 정제하였다. 이때 얻어진 각 효소 specific activity는 amylase 활성의 경우는 5367 unit/mg이었고 dextranase 활성의 경우는 3045 unit/mg이었다. 효소의 최적 pH와 온도는 5.5와 37$^{\circ}C$였으며, pH 2.5-5.5와 4-55$^{\circ}C$에서 안정성을 보였다. 부분 정제된 효소는 amylase와 dextranase 활성을 동시에 보이는 100 KDa의 크기를 가지는 하나의 단백질이었다. 이 효소는 maltotriose 기질과 반응할 때 disproportionation reaction 현상을 보여 가지구조를 지닌 panose와 ${\alpha}(1{\rightarrow}6)$glucosylmaltotriose을 생산하였다. 이 균은 starch 배지에서 키워 amylase와 dextranase 활성을 동시에 지니는 효소를 생산함으로써 dextran과 mutan은 구성된 치태를 분해하는 효소재료로의 이용성이 기대된다.

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The Role of Rice Vacuolar Invertase2 in Seed Size Control

  • Lee, Dae-Woo;Lee, Sang-Kyu;Rahman, Md Mizanor;Kim, Yu-Jin;Zhang, Dabing;Jeon, Jong-Seong
    • Molecules and Cells
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    • 제42권10호
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    • pp.711-720
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    • 2019
  • Sink strength optimizes sucrose import, which is fundamental to support developing seed grains and increase crop yields, including those of rice (Oryza sativa). In this regard, little is known about the function of vacuolar invertase (VIN) in controlling sink strength and thereby seed size. Here, in rice we analyzed mutants of two VINs, OsVIN1 and OsVIN2, to examine their role during seed development. In a phenotypic analysis of the T-DNA insertion mutants, only the OsVIN2 mutant osvin2-1 exhibited reduced seed size and grain weight. Scanning electron microscopy analysis revealed that the small seed grains of osvin2-1 can be attributed to a reduction in spikelet size. A significant decrease in VIN activity and hexose level in the osvin2-1 spikelets interfered with spikelet growth. In addition, significant reduction in starch and increase in sucrose, which are characteristic features of reduced turnover and flux of sucrose due to impaired sink strength, were evident in the pre-storage stage of osvin2-1 developing grains. In situ hybridization analysis found that expression of OsVIN2 was predominant in the endocarp of developing grains. A genetically complemented line with a native genomic clone of OsVIN2 rescued reduced VIN activity and seed size. Two additional mutants, osvin2-2 and osvin2-3 generated by the CRISPR/Cas9 method, exhibited phenotypes similar to those of osvin2-1 in spikelet and seed size, VIN activity, and sugar metabolites. These results clearly demonstrate an important role of OsVIN2 as sink strength modulator that is critical for the maintenance of sucrose flux into developing seed grains.

Epistatic Relationships among Genes Related to Endosperm Starch Synthesis in Rice

  • Lee, Joohyun;Koh, Hee-jong
    • 한국육종학회지
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    • 제42권2호
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    • pp.151-156
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    • 2010
  • The mutants of sugary-2 (su-2), floury (flo), shrunken-1 (shr-1), and dull-1 (du-1) were crossed to waxy (wx) to produce $F_2$ seeds. Chi-square analysis on the segregating ratio of the $F_2$ seeds revealed that flo, su-2, and shr-1 were independently transmitted with wx, while wx was epistatic over du-1. The floury and sugary-2 were crossed to Hwasunchalbyeo, a waxy variety, and then the $F_4$ of floury-waxy and sugary-2-waxy seeds were developed, respectively. As the parents phenotypes of sugary-2 and floury, the grains of these two lines showed lower hardness and grain weight than normal grain of Hwacheongbyeo. For alkali digestive value (AVD), the sugary-2-waxy showed lower ADV than Hwacheongbyeo. For the gel consistency of grain flours, the floury was medium like Hwacheongbyeo, while those of the sugary-2, floury-waxy, and sugary-2-waxy were soft like Hwasunchalbyeo. The amylose contents in the grains of the sugary-2 and floury were decreased to ~15% whereas that of Hwacheongbyeo was 19.1%. All the lines showing waxy endosperm (Hwasunchalbyeo, floury-waxy, and sugary-2-waxy) showed less than 4% amylose contents. Interestingly, the free sugar content in the brown rice was increased to 9.27% in the sugary-2-waxy, showing transgressive segregation phenomenon where the free sugar contents in its parents, sugary-2 and Hwasunchalbyeo, were 5.98% and 3.98% respectively. Also, the floury-waxy showed transgressive segregation phenomenon, containing 6.15% of free sugar content in the grains.

DNA Sequence Variation of Candidate Gene for Salt Tolerance in Soybean Mutant

  • Chang Yeok Moon;Byeong Hee Kang;Woon Ji Kim;Sreeparna Chowdhury;Sehee Kang;Seo Young Shin;Wonho Lee;Hyeon-Seok Lee;Bo-Keun Ha
    • 한국작물학회:학술대회논문집
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    • 한국작물학회 2022년도 추계학술대회
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    • pp.259-259
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    • 2022
  • Soil salinity is a major factor that reduces crop yields. The amount of soil affected by salinity is about 83 million hectares (FAO 2000), which is increasing due to the effects of climate change. In soybean [Glycine max (L.) Merr.], nutritional properties such as protein, starch, and sucrose content together with biomass and yield tends to reduce due to excessive salt. As a result of QTL mapping using the 169 F2:3 population from the KA-1285 (salt-tolerant) × Daepung (salt-sensitive) in a previous study, two major QTLs (Gm03_39796778 and Gm03_40600088) related to salt tolerance were found on chromosome 3. In this study, the CDS region of the Gmsalt3 gene was analyzed using the ABI 3730x1 DNA Analyzer (Macrogen, Korea). The sequence of Gmsalt3 gene in KA-1285 was compared with Williams 82.a4.vl and PI483463 (Glycine soja). Two transversions were found at exon6 in KA-1285 and PI483463. Currently, whole genome sequencing and variation analysis using the Illumine Novaseq 6000 machine (Illumina, USA) are in progress. The results of this study can provide useful molecular markers for the selection of salt-tolerant soybeans and can be used as basic data for future salt-tolerant gene research.

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벼 고당미 변이계통 배유의 이화학적 특성 (Physicochemical Properties of Sugary-Endosperm Mutants in Rice)

  • 고희정;허문회
    • 한국작물학회지
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    • 제39권1호
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    • pp.1-6
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    • 1994
  • 돌연변이로 유기된 고당미 계통과 원품종을 대비하여 미립의 외형, 배유결정조직, 유리당함량, 단백질함량 및 아미노산 조성, 지방함량 및 지방산조성, 알칼리붕괴도, 호응집성을 조사한 결과는 다음과 같다. 1. 고당미는 입폭과 입후가 원품종에 비해 작았고, 현미 1000입중이 월등히 감소하였다. 2. 고당미의 배유조직에서는 뚜렷한 전분입자를 관찰할 수 없었는데, 고당미의 종류별로 차이가 있었다. 3. 고당미의 sucrose, glucose, fructose 함량은 원품종보다 유의하게 높았으며 특히 sucrose는 원품종이 1.11∼2.65%인데 비해 고당미는 5.84∼8. 79%로 월등히 증가하였다. 동일한 sugary 유전자를 가진 계통간에도 차이가 있었으며, 화청su-2는 유의하게 낮은 sucrose 및 총당함량을 보였다. 4. 화청su-1을 제외한 고당미계통들은 원품종과 같거나 높은 알카리붕괴도를 보였고, 호응집성에서도 원품종에 비해 harder gel의 특성을 보였다. 5. 고당미계통의 단백질 및 지방함량은 원품종에 비해 월등히 높았는데, 이는 고당미계통에서 도리어 호분층이 두터워졌고 배유전분층의 축소로 인해 현미에서 호분층의 상대적 비율이 높기 때문이었다. 아미노산 및 지방산 조성에는 두드러진 변화가 없었다.

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