近日,，農(nóng)學(xué)院王州飛教授團(tuán)隊(duì)在國際知名學(xué)術(shù)期刊The Plant Journal（中科院一區(qū)）在線發(fā)表了題為“Knocking out isopropylmalate synthase simultaneously improves grain appearance and nutritional quality in rice”研究論文,。該研究揭示了突變異丙基蘋果酸合酶基因OsIPMS能同時(shí)改良稻米外觀和營養(yǎng)品質(zhì)的作用及其育種利用價(jià)值。

　　當(dāng)前，稻米的外觀和營養(yǎng)品質(zhì)已成為評(píng)價(jià)其經(jīng)濟(jì)價(jià)值和吸引消費(fèi)者的關(guān)鍵指標(biāo),。因此，不斷優(yōu)化稻米外觀和營養(yǎng)品質(zhì)，對(duì)于推動(dòng)稻米產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。粒型和堊白是影響稻米外觀品質(zhì)的關(guān)鍵因素,，而蛋白質(zhì)和氨基酸含量是決定稻米營養(yǎng)價(jià)值的核心指標(biāo)。因此,，那些修長,、晶瑩剔透，且富含蛋白質(zhì)和氨基酸的稻米品種,，因其卓越的外觀和營養(yǎng)價(jià)值,，在市場(chǎng)上受到了廣泛的歡迎。盡管如此,，實(shí)現(xiàn)稻米在粒型,、堊白特征以及營養(yǎng)品質(zhì)上的綜合優(yōu)化，仍然是當(dāng)前水稻育種領(lǐng)域所面臨的重大挑戰(zhàn),。

　　本研究克隆了能同時(shí)改良稻米外觀和營養(yǎng)品質(zhì)的關(guān)鍵基因OsIPMS,。表型分析發(fā)現(xiàn)，在日本晴背景下,，同時(shí)敲除OsIPMS1和OsIPMS2能顯著提高稻米長寬比，增加糙米和精米中蛋白質(zhì)和氨基酸含量,，且不影響堊白率,。分子機(jī)制研究表明，在小穗發(fā)育和籽粒灌漿過程中,，OsIPMS1和OsIPMS2具有相似的表達(dá)模式,；OsIPMS1與OsIPMS2能相互作用，形成同源和異源二聚體發(fā)揮作用,；基因突變體通過調(diào)控粒型和營養(yǎng)品質(zhì)相關(guān)基因表達(dá),，提升稻米外觀和營養(yǎng)品質(zhì)?；蛴N利用評(píng)價(jià)發(fā)現(xiàn),，在水稻群體中OsIPMS1和OsIPMS2均存在兩種主要單倍型，但控制外觀和營養(yǎng)品質(zhì)的優(yōu)異單倍型不同,，通過分子標(biāo)記輔助選擇同步改量稻米外觀和營養(yǎng)品質(zhì)較為困難,；但是，通過基因編輯技術(shù)，在推廣品種粳稻武運(yùn)粳23,、秈稻黃華占背景中,，同時(shí)敲除OsIPMS1和OsIPMS2能顯著提高稻米長寬比，增加蛋白質(zhì)和氨基酸含量,，且改善堊白率,。可見,，基因在水稻品質(zhì)育種中具有顯著的應(yīng)用價(jià)值,，突變?cè)摶蚰芡瑫r(shí)改良稻米外觀和營養(yǎng)品質(zhì)，為稻米品質(zhì)的全面提升提供了新的策略,。

基因在稻米外觀和營養(yǎng)品質(zhì)改良中的育種利用

　　農(nóng)學(xué)院趙佳副教授和碩士研究生邵杰為本論文共同第一作者,，王州飛教授和何永奇副教授為共同通訊作者。本研究得到國家自然科學(xué)基金,、廣東省自然科學(xué)基金,、“雙一流”學(xué)科建設(shè)和提升專項(xiàng)等資助。

　　相關(guān)論文鏈接：http://doi.org/10.1111/tpj.16977

文圖/農(nóng)學(xué)院