Амилоза представляет собой молекулу линейного типа, которую можно превратить в тонкие прозрачные пленки, похожие на целлофан.
Для изготовления приемлемых пленок требуется крахмал, содержащий около 80% амилозы. Обычная кукуруза содержит около 26% амилозы. Первые сообщения о присутствии в зерне кукурузы высокоамилозного крахмала относились к сахаристым типам, содержащим гены su1, su2 и d4 у которых содержание крахмала было слишком низким для использования их в промышленности.
Вайнъярд и Бер обнаружили единственный рецессивный ген, который удваивал содержание амилозы у обычной кукурузы. Они предложили обозначать его как ae — «усилитель амилозы». Крамер и др. описали единственный рецессивный ген, который локализован в пятой хромосоме. Для него они предложили обозначение ha — «высокоамилозный».
Зубер, Зубер и др. сообщили о линии с высоким содержанием амилозы, не аллельной описанной ранее линии ha. Сегреганты в F3 гибрида между обеими линиями содержали от 25 до 70% амилозы.
Крамер и др. утверждали, что гены ae и ha идентичны. Они предложили оставить первоначальное обозначение ae в качестве постоянного названия этого локуса в пятой хромосоме.
Ученые Северного отделения по исследованию продуктов питания и их сбыта Министерства сельского хозяйства США, Пеория, Иллинойс, анализировали множество образцов кукурузы, стремясь обнаружить линии с высоким содержанием амилозы.
Вайнъярд и др. вывели гибриды кукурузы с высоким содержанием амилозы в крахмале. Они присвоили родовое название «амиломаис» кукурузе, у которой содержание амилозы превышало 50%. По их данным, действие отдельных генов эндосперма, воздействующих на фракцию амилозы кукурузного крахмала, варьирует вследствие различий, присущих исходному материалу. Двойные и тройные рецессивные комбинации этих генов оказывали различное влияние на содержание амилозы. Ген ae участвовал в комбинациях с эндоспермом, содержащим большее количество амилозы, хотя на крахмал пыльцы он не оказывал соответствующего действия. Данные о сцеплении подтвердили локализацию гена ae в пятой хромосоме.
По мнению Бера и др., при передаче признаков высокого содержания амилозы от исходного материала гибридам амиломаиса приемлемым с агрономической точки зрения, необходимо вести экстенсивный отбор на основании лабораторных анализов. Они обсудили влияние различных комбинаций генов на соотношение амилозы и амилопектина в крахмале кукурузы. На содержание амилозы сильное действие оказывали гены-модификаторы, взаимодействующие с различными генотипами эндосперма.
По данным Зубера и др., процент амилозы отрицательно коррелирует с весом эндосперма и процентом крахмала, и положительно с весом перикарпия, весом зародыша, белком эндосперма и маслом эндосперму.
Реакцию высокоамилозных гибридов кукурузы на условия окружающей среды изучали несколько исследователей. Фергасон и Зубер исследовали влияние местонахождения и года на инбредные линии, содержавшие от 26 до 70% амилозы. Место и год влияли на синтез амилозы у относительно гомозиготных высокоамилозных инбредных линий. В другой работе Фергасон и Зубер показали, что различия на 7,7% в содержании амилозы были связаны с влиянием условий местности, в то время как разница в содержании амилозы в различные годы составляла менее 1%. В общем местообитания с более прохладными условиями, о чем можно судить по сумме градусо-дней за вегетационный период, благоприятствовали образованию крахмала с наивысшим содержанием амилозы.
Хелм и др. изучали влияние срока посева на высокоамилозную кукурузу. Поздний посев понижал урожай, натуру зерна, содержание азота, твердость зерновок и число дней до выметывания метелок. Они решили выяснить, не может ли повышенное содержание амилозы в эндосперме компенсировать пониженную урожайность более поздних посевов кукурузы.
Лош и Зубер изучали реципрокные различия в содержании амилозы в эндосперме кукурузы. Согласно их данным, общая комбинационная способность имела более важное значение, чем специфическая комбинационная способность. Реципрокные различия в содержании амилозы были статистически достоверны. Их приписывали совместному действию различных факторов, в число которых входили эффект дозы гена, эффект цитоплазмы, эффект, определяемый женским родителем per se (истинный материнский эффект), и цитоплазматический эффект женского родителя. Авторы пришли к выводу, что периодический отбор на накопление благоприятных модификаторов гена ae мог бы, вероятно, оказать требуемое действие.
Зубер и др. отмечали отсутствие корреляции между содержанием амилозы в пыльце и в эндосперме кукурузы. Фергасон и др. изучали влияние окружающей среды и положения зерновки на содержание амилозы в крахмале. Каукис и Хаунолд изучали влияние фазы спелости на содержание амилозы в эндосперме сахарной кукурузы. Хелм и др. описали влияние удаления листьев и срока посева на содержание амилозы в эндосперме кукурузы.
Хаунолд и Линдсей подчеркивали трудность идентификации фенотипов высокоамилозных мутантов. Нередко отбор початков с высоким содержанием амилозы приходится вести на основании химических анализов крахмала. Иногда с признаком высокого содержания амилозы бывает связана «стекловидность» эндосперма. У некоторых желтозерных высокоамилозных початков отмечалась модификация к оранжево-желтой окраске зерновки. Они описали имеющий ряд достоинств метод анализа отдельных зерновок на содержание амилозы. Этот метод превосходит фенотипическую классификацию, основанную на окраске зерновок или на стекловидности эндосперма. Анализируя отдельные зерновки S1 на расщепляющемся початке, селекционер может отбирать высокоамилозные фенотипы и размножать их до поколения S2.
Крейн указывал, что повышенное содержание амилозы было слабо связано с незначительным сморщиванием спелого зерна. По его мнению, зерновки можно отбирать одновременно на выполненность и на повышенное содержание амилозы.
Парди и Крейн установили, что аддитивное действие генов сильнее влияет на налив эндосперма, чем неаддитивное. Они считают, что этот признак можно закрепить и вести на него отбор.
Для превращения пяти инбредных линий кукурузного пояса в высокоамилозные, Хелм и др. применяли чередование беккроссов и самоопыления в сочетании с отбором в каждом поколении на максимальное содержание амилозы. Генетически конечное содержание амилозы определяется геном ae в комбинации с комплексом модификаторов. После трех поколений беккроссов были проведены все возможные простые скрещивания между инбредными линиями из каждого поколения беккросса и между повторяющимися родителями. Эти простые гибриды выращивались в трех различных вариантах условий окружающей среды для определения скорости конвергенции с повторяющимися родителями. Значительные отклонения от ожидаемых результатов показали, что отбор на максимальное содержание амилозы понизил теоретическую скорость конвергенции с повторяющимися родителями по таким признакам, как общее содержание масла и белка во всей зерновке, натура зерна, процент выхода зерна, высота прикрепления початка и урожай зерна. В течение последовательных поколений беккросса уровень содержания амилозы сохранялся, что говорит об эффективности отбора генов-модификаторов. Отбор на положительные модификаторы в каждом поколении беккросса, возможно, распространялся и на сцепленные гены, ингибируя конвергенцию с повторяющимся родителем по некоторым признакам. Эти результаты показывают, что, когда давление отбора направлено на максимальное содержание амилозы, потребуется провести больше беккроссов, чем предполагалось для превращения инбредных линий кукурузного пояса в линии с высоким содержанием амилозы.
Хелм и др. показали, что натура зерна высокоамилозной кукурузы является в основном функцией плотности зерновки, ее формы и сморщивания при созревании. Зерновки, гомозиготные по мутантному эндосперму ae («усилитель амилозы»), во многих генетических средах имеют слегка сморщенный вид. Это сморщенное состояние является результатом частично сморщивающегося типа эндосперма.
На натуру зерна высокоамилозной кукурузы воздействуют, вероятно, многие гены с преобладающим аддитивным действием, и до известной степени влияют условия окружающей среды. Высокоамилозные гибриды можно классифицировать по натуре зерна, используя сведения о продуктивности инбредной линии, если их выращивают в условиях окружающей среды, обеспечивающих получение средней продуктивности.
Если цель селекционеров заключается в получении максимально широкого ряда характеристик натуры зерна, он должен использовать тестер с низкой натурой зерна и неблагоприятные условия окружающей среды. Однако в практических условиях полезнее использовать тестер, сходный по происхождению с потенциальными гибридными партнерами.
Гибриды кукурузы с различным содержанием амилозы выводятся и поступают в продажу в небольших масштабах. Ниже приводятся комментарии двух руководящих работников амилозной промышленности:
«Промышленное использование амиломаиса для крахмало-паточной промышленности (мокрый помол) значительно расширилось, хотя еще не достигло такого же объема, как использование восковидной кукурузы в той же отрасли промышленности. В настоящее время в промышленности используются класс V амиломаиса (50—60% амилозы) и класс VII (70—80% амилозы). Можно использовать и класс VIII амиломаиса (80—90% амилозы), но как промышленное сырье он еще уступает классу VII».
«У нас составлена программа работ по селекции на высокое содержание амилозы. Мы продаем небольшое количество класса V (50—60% амилозы) и некоторое количество класса VII (70%). Продажа была ограничена вследствие низких полевых урожаев и низких выходов крахмала. Некоторое количество высокоамилозной кукурузы идет на экспорт. Вероятно, площадь ее посевов в настоящее время не превышает 8100 га».