香軟米水稻的研究進(jìn)展

于梅梅 陶權(quán)丹 華杰 王時(shí)超 計(jì)文 劉巖 劉康偉 張建祥 于恒秀

摘要：隨著生活水平的提高，人們不僅僅滿足于解決溫飽問題，對稻米品質(zhì)的要求日益提高，促使科學(xué)家們對于我國香稻和軟米資源越來越重視。近年來，隨著水稻功能基因組和測序技術(shù)的快速發(fā)展，針對水稻香味基因和軟米相關(guān)基因的研究取得了較大進(jìn)展，并開發(fā)了一系列的功能標(biāo)記應(yīng)用于香軟米品種培育。本文在了解了近年來相關(guān)研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，歸納了香味基因、淀粉合成相關(guān)基因、軟米相關(guān)基因的研究進(jìn)展以及香軟米水稻品種培育的研究進(jìn)展，并對基因編輯技術(shù)在香軟米水稻培育的應(yīng)用前景作綜述。

關(guān)鍵詞：水稻;香味基因;軟米;食味品質(zhì);研究進(jìn)展

中圖分類號： S511.01? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A? 文章編號：1002-1302（2019）10-0011-05

水稻是我國主要的糧食作物之一。一直以來，我國育種家注重提高水稻產(chǎn)量，而對于品質(zhì)方面的研究起步較晚。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對稻米品質(zhì)的要求越來越高。品質(zhì)的優(yōu)劣直接影響了水稻的種植推廣和商品價(jià)值，所以優(yōu)質(zhì)的水稻品種不僅要豐產(chǎn)，而且加工成的稻米外觀要好看，具有較好的口感和食味。本文綜述了近年來水稻香味基因以及軟米相關(guān)基因研究取得的進(jìn)展及其在育種中的應(yīng)用，以期為優(yōu)質(zhì)香軟米水稻新品種的培育提供借鑒與參考。

1 稻米香味基因研究進(jìn)展

香味是稻米的重要食味品質(zhì)性狀之一。因此，稻米香味的研究已經(jīng)成為一項(xiàng)重要的研究課題。國內(nèi)外學(xué)者早在20世紀(jì)70年代就對稻米香味化學(xué)組分進(jìn)行了研究，可能由于所選材料、品種來源和地域條件的不同，結(jié)果也不一致[1]。Yajima等的研究表明，香米中揮發(fā)性化合物約含有114種[2]。Buttery等以無香味品種Long、Texars、Grain和Calrose為對照，測定了Malagkit、Basmati370、Hieri和Sungsong等8個(gè)香稻品種，發(fā)現(xiàn)香稻糙米和精米的蒸餾揮發(fā)物2-乙酰基-1-吡咯啉的含量是對照品種的5～10倍，同時(shí)發(fā)現(xiàn)8個(gè)香稻品種的稻米香味強(qiáng)弱排序結(jié)果與其含有2-乙酰基-1-吡咯啉濃度的變化趨勢一致，得出稻米香味形成的主要成分為2-乙?；?1-吡咯啉的結(jié)論[3]，后來這一結(jié)果得到了許多學(xué)者研究結(jié)果的支持。而孫樹俠等的研究結(jié)果也表明，2-乙?；?1-吡咯啉在水稻中是一種重要香味成分[4]。

從19世紀(jì)開始，研究者們就致力于對于香味基因的定位工作。Ziegler等利用分子標(biāo)記和氣相色譜的方法，發(fā)現(xiàn)控制水稻香味性狀的主基因（fgr）位于第8條染色體的RG28/Y5與RG1之間，調(diào)控水稻香味主要成分2-乙?；?1-吡咯啉的產(chǎn)生[5]。張濤等以粳型香稻和秈型非香水稻為試驗(yàn)材料，通過精細(xì)定位將香味基因定位在水稻第8號染色體的 20 175 367～20 386 172 bp之間約252 kb的區(qū)域內(nèi)[6]。后來，Chen等克隆了BADH2P基因，BADH2位于8號染色體，cDNA全長7 776 bp，包含有15個(gè)外顯子，編碼1個(gè)由503個(gè)氨基酸組成的蛋白質(zhì)產(chǎn)物，產(chǎn)物含有NAD結(jié)合結(jié)構(gòu)域、底物結(jié)合結(jié)構(gòu)域和低聚體化結(jié)構(gòu)域[7]。香稻品種蘇玉糯中，BADH2基因的第7外顯子中發(fā)生8 bp缺失和3 bp的變異，造成蛋白移碼突變，該等位基因稱為BADH2-E7;另一個(gè)香稻品種武香粳中，BADH2基因的第2外顯子中發(fā)生7 bp缺失，造成蛋白移碼突變，該等位基因稱為BADH2-E2[8]。但也有研究者認(rèn)為，香稻性狀受2對獨(dú)立遺傳的隱性基因控制的同時(shí)，可能還受微效多基因的修飾，屬于質(zhì)量-數(shù)量性狀遺傳[9]。

BADH2編碼1個(gè)甜菜堿醛脫氫酶，具有醛脫氫酶活性，可能催化甜菜堿醛、4-氨基丁醛（AB-ald）和3-氨基丙醛的氧化[10]。在非香米水稻品種中，BADH2蛋白質(zhì)催化4-氨基丁醛的氧化，而4-氨基丁醛是水稻香米品種香味的主要成分2-乙酰基-1-吡咯啉的合成前體，當(dāng)4-氨基丁醛被BADH2氧化后，2-乙酰基-1-吡咯啉的合成受到抑制，因此稻米喪失了香味;相反，在香米品種中，由于BADH2基因發(fā)生功能喪失型突變，導(dǎo)致BADH2蛋白喪失功能，不能催化 4- 氨基丁醛的氧化而導(dǎo)致4-氨基丁醛積累，從而促進(jìn)了 2- 乙?；?1-吡咯啉的合成，使稻米產(chǎn)生香味，這種香味被稱為茉莉花香[3]。

甜菜堿被認(rèn)為是對細(xì)胞質(zhì)滲透壓起調(diào)節(jié)作用的一種物質(zhì)，它可以使得植物在各種脅迫作用下正常生長，包括鹽堿地和干旱的環(huán)境，而在水稻中完整的BADH2基因編碼的由503個(gè)氨基酸組成的BADH2蛋白具有很高的甜菜堿醛脫氫酶活性，因此該基因可能與非香稻的滲透壓調(diào)節(jié)相關(guān)。但是由于突變而造成的BADH2基因的功能缺失并沒有給某些香稻品種的生長帶來負(fù)面影響，泰國香稻品種Khao Dawk Mali 105在干旱區(qū)域仍然生長良好。這有可能意味著存在其他編碼甜菜堿脫氫酶的基因，從而實(shí)現(xiàn)對高鹽、干旱環(huán)境的耐受力。BADH2除了在根中不表達(dá)外，在所有檢測的組織中包括葉、莖和穗部都表達(dá)，其中在幼葉中表達(dá)量最高。BADH2蛋白定位在細(xì)胞質(zhì)中。BADH2基因中具有多個(gè)轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)，其中完整的全長轉(zhuǎn)錄本比部分形式的轉(zhuǎn)錄本豐度低，但只有全長轉(zhuǎn)錄本翻譯出的蛋白具有甜菜堿醛脫氫酶的功能。

2 稻米淀粉研究進(jìn)展

2.1 稻米淀粉的組成及結(jié)構(gòu)

稻米中最主要的成分是淀粉，由支鏈淀粉（70%～80%）和直鏈淀粉（20%～30%）組成[11]。在糧食作物中，稻米的淀粉粒直徑在3～10 μm之間，其中纖維的含量僅占2.2%，稻米中的蛋白質(zhì)含量不多，在7%～10%之間。因此，米飯不僅口感好，而且稻米中各種營養(yǎng)成分都比較容易被消化和吸收，營養(yǎng)價(jià)值也比較高。淀粉分子以淀粉顆粒的形式存在于大米中，其形狀大多是不規(guī)則的多邊形。

2.2 植物淀粉合成概述

高等植物淀粉的合成是在質(zhì)體中進(jìn)行的，在淀粉體基質(zhì)中，淀粉的形成是通過高分子量的聚合體結(jié)晶而完成的，高分子量的聚合體包括無定形淀粉分子、蛋白質(zhì)以及脂類物質(zhì)。淀粉合成的整個(gè)過程主要由四大酶類共同協(xié)同完成，包括ADP（二磷酸腺苷）-葡萄糖焦磷酸化酶、淀粉合（成）酶、淀粉分支酶和淀粉去分支酶。整個(gè)完整的生物合成可分為3個(gè)途徑：（1）ADP葡萄糖的產(chǎn)生;（2）支鏈淀粉的合成和淀粉粒的形成;（3）直鏈淀粉的合成。

在水稻胚乳中，合成淀粉的葡萄糖來源于2種途徑，第1種是由葉片光合作用直接合成葡萄糖;第2種是由淀粉降解產(chǎn)生葡萄糖。葡萄糖在酶的作用下轉(zhuǎn)化為蔗糖，這些蔗糖都通過韌皮部長距離運(yùn)輸至胚乳細(xì)胞中。在細(xì)胞液當(dāng)中，蔗糖首先在蔗糖酶的作用下分解，形成果糖和二磷酸尿苷（UDP）-葡萄糖，隨后將果糖通過果糖激酶水解成6-磷酸果糖，然后在磷酸葡萄糖異構(gòu)酶的作用下形成6-磷酸葡萄糖，或者在葡萄糖磷酸變位酶的催化作用下形成1-磷酸葡萄糖同分異構(gòu)體。而UDP-葡萄糖也可形成1-磷酸葡萄糖。將生成的1-磷酸葡萄糖通過ADP葡萄糖焦磷酸化酶的催化作用形成ADP葡萄糖。ADP葡萄糖最后在淀粉合成酶和分支酶二者共同作用下合成淀粉。

2.3 參與淀粉合成的關(guān)鍵酶類的研究現(xiàn)狀

在水稻基因組中，大概有26個(gè)已知的相關(guān)基因編碼各種酶參與淀粉的合成，其中淀粉形成過程中涉及到的關(guān)鍵淀粉合成酶有四大類，ADP-葡萄糖焦磷酸化酶（AGPase）、淀粉合（成）酶（SS）、淀粉分支酶（SBE）和淀粉去分支酶（DBE）。

2.3.1 ADPG焦磷酸化酶（AGPP） ADPG焦磷酸化酶是由2個(gè)大亞基和2個(gè)小亞基組成的異型四聚體。大亞基是酶活性調(diào)節(jié)中心，小亞基是酶活性催化中心。4個(gè)亞基是由不同的基因編碼，在不同的組織中表達(dá)，聚合形成不同的AGPase。對水稻葉片的AGPP免疫分析表明，它由2個(gè)不同亞基（43 ku 和46 ku）組成，而水稻胚乳只由1個(gè)亞基（50 ku）組成。在蔗糖進(jìn)入造粉質(zhì)體前，蔗糖被分解成葡萄糖-1-磷酸，在ADPG焦磷酸化酶的催化下，并結(jié)合三磷酸腺苷（ATP），生成腺苷酸葡萄糖（ADPG），同時(shí)釋放焦磷酸，該過程是淀粉合成的起始步驟。對不同水稻籽粒灌漿過程中焦磷酸化酶活性規(guī)律研究表明，在水稻開花后15 d活性最高，并且該酶活性的大小對水稻籽粒灌漿速率以及堊白形成有重要作用。籽粒灌漿過程中，不同品質(zhì)類型的品種中ADPG焦磷酸化酶活性出現(xiàn)峰值的時(shí)間無差異，該酶的活性與直鏈淀粉含量、支鏈淀粉含量、味度值、淀粉粘滯性（RVA譜）間的相關(guān)性因灌漿時(shí)期不同而發(fā)生變化[12]。在灌漿前期ADPG焦磷酸化酶的活性與味值度間呈負(fù)相關(guān)，但在25～35 d 酶的活性與味值度呈正相關(guān);另外在灌漿前期ADPG焦磷酸化酶與直鏈淀粉含量呈正相關(guān)關(guān)系，而在關(guān)鍵后期呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，并且在抽穗后30 d的時(shí)候，其酶的活性與直鏈淀粉含量呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系[12]。

2.3.2 淀粉合成酶 淀粉合成酶是以ADPG為葡萄糖的供體，對葡萄糖聚合體通過糖基（glycosyl）轉(zhuǎn)移而催化α-1，4糖苷鍵延長作用的酶。根據(jù)水溶性的不同，淀粉合成酶分為淀粉粒結(jié)合淀粉合成酶（GBSS）和可溶性淀粉合成酶（SSS），前者的功能是合成直鏈淀粉，而后者的功能則是合成支鏈淀粉。

顆粒結(jié)合淀粉合成酶由蠟質(zhì)基因（Waxy，Wx）編碼，包裹于淀粉粒中，而游離的GBSS基本喪失了淀粉合成酶的活性。GBSS有2種不同的同工型GBSSⅠ和GBSSⅡ。其中GBSSⅠ廣泛存在于各種植物中[13]，只在儲藏組織中表達(dá)，負(fù)責(zé)直鏈淀粉的合成;而GBSSⅡ在葉片和其他非儲藏組織中都有表達(dá)，負(fù)責(zé)臨時(shí)淀粉的合成。

可溶性淀粉合成酶（SSS）是一大類淀粉合成酶，可分為SSSⅠ、SSSⅡ、SSSⅢ以及SSSⅣ等4個(gè)亞家族[14]。在水稻中，SSS有8個(gè)同工型，即SSSⅠ、SSSⅡ-1、SSSⅡ-2、SSSⅡ-3、SSSⅢ-1、SSSⅢ-2、SSSⅣ-1和SSSⅣ-2。SSS主要存在于質(zhì)體的基質(zhì)中，同淀粉分支酶和淀粉脫分支酶一起參與支鏈淀粉的合成。有研究表明，水稻SSS各同工型基因?qū)ê蟾邷孛{迫的響應(yīng)表達(dá)模式明顯不同，呈上調(diào)模式的基因有SSSⅡ-2、SSSⅡ-3、SSSⅢ-2以及SSSⅣ-1;SSSⅡ-1和SSSⅢ-1呈下調(diào)表達(dá)模式。SSSⅠ和SSSⅢ-1是水稻SSSs基因在胚乳中表達(dá)的主要形式，而另外6種同工型基因的相對表達(dá)量均比較低。

通過對缺失某一同工型的突變體研究可以獲得這些同工酶在淀粉合成中各自的作用。水稻SSSⅠ基因在水稻胚乳發(fā)育的整個(gè)過程中都發(fā)揮著作用，它的主要功能是將支鏈淀粉中聚合度為6～7的鏈延伸至8～12[15]。當(dāng)SSSⅠ基因缺失時(shí)，水稻淀粉顆粒形狀大小以及胚乳淀粉的結(jié)晶度沒有變化，說明其他SSS同工型可以彌補(bǔ)該基因缺失帶來的影響。SSSⅠ在植物中表達(dá)部位有所不同，其中水稻中的SSSⅠ基因在胚乳中表達(dá)最高。馬鈴薯SSSⅠ基因主要在葉片中表達(dá)，玉米SSSⅠ基因也只在胚乳中表達(dá)[16]。

水稻中SSSⅡ有3種同工型，即SSSⅡ-1、SSSⅡ-2和SSSⅡ-3。SSSⅡ-1的突變體DP<11增加，DP12～25減少，易糊化，易溶于尿素。推測SSSⅡ-2作用是延長A和B1鏈[17]。

在水稻中，SSSⅢ-1基因主要在葉片中表達(dá)，而 SSSⅢ-2 基因主要在胚乳中表達(dá)[18]。當(dāng)SSSⅢ-1缺失時(shí)，淀粉DP>30、DP6～9以及DP16～19的支鏈降低，DP=10～15和DP20～25增加。直鏈淀粉含量增加，淀粉顆粒形態(tài)發(fā)生變化，長支鏈增加，形狀變圓，結(jié)晶度也降低。因此，得出SSSⅢ-1的主要作用是延長B2鏈[19]。當(dāng)SSSⅢ-2缺失后，稻米品質(zhì)變化明顯。AC含量有一定增加，其中支鏈淀粉B鏈DP≥30合成受阻，超長支鏈（ELC）DP≥500有所增加;DP6～9和DP16～19減少，而DP10～15和DP20～25間有所增加[20]。SSSⅣ亞家族有2個(gè)同工型，即SSSⅣ-1和SSSⅣ-2。因?yàn)樵谒局羞€未能獲得突變體，所以該基因家族對稻米品質(zhì)的具體影響還不清楚。

目前除了已知的淀粉合成相關(guān)基因外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了部分轉(zhuǎn)錄因子對淀粉合成也有調(diào)控作用。最近發(fā)現(xiàn)一種亮氨酸拉鏈轉(zhuǎn)錄因子OsbZIP58，該轉(zhuǎn)錄因子直接調(diào)節(jié)6種淀粉合成基因的表達(dá)，包括AGPL3、Wx、SSSⅡ-1、SBEⅠ、SBEⅡ-2和ISA2[21-24]。

淀粉合成酶的活性還受溫度影響，直鏈淀粉和支鏈淀粉在水稻灌漿過程中幾乎是同步積累的。淀粉合成酶在不同時(shí)間活性也不一樣，可溶性淀粉合成酶的活性在水稻籽粒灌漿初期最高[21-24]。水稻SSS各同工型基因?qū)ê蟾邷孛{迫的響應(yīng)表達(dá)模式明顯不同，在胚乳中表達(dá)的主要形式是SSSⅠ和SSSⅢ-1，而其他6種同工型基因相對表達(dá)量均較低;水稻胚乳中SSSⅡ-2、SSSⅢ-1和SSSⅣ-1等同工型基因相對于其他幾種基因，對高溫脅迫的響應(yīng)表達(dá)更敏感[21-24]。

2.3.3 淀粉分支酶 淀粉分支酶是淀粉體內(nèi)合成支鏈淀粉的關(guān)鍵酶，它的作用是切開α-1，4葡聚糖直鏈供體的α-1，4糖苷鍵，同時(shí)催化切開的短鏈與受體鏈間α-1，6糖苷鍵的形成，從而產(chǎn)生分支。

SBE有3種同工型，即SBEⅠ、SBEⅡ和SBEⅢ。Fisher等從玉米（Zea mays）胚乳中克隆出了3種同工型，通過序列比較發(fā)現(xiàn)，SBEⅡ-2的N端相對于SBEⅡ-1有另外49個(gè)氨基酸的延伸[25]。水稻SBE酶是由Yamanouchi等分離得到的[26]，在此基礎(chǔ)上，Mizuno等克隆了水稻種子SBEⅠ和SBEⅢ編碼基因cDNA[27]。SBEⅠ的分子量為86 ku，與玉米的SBEⅠ有86%同源性;SBEⅢ基因和SBEⅠ具有高同源性，SBEⅢ在水稻種子組織中是轉(zhuǎn)移表達(dá)的，該基因編碼分子量為87 ku的蛋白質(zhì)。Sun等分別克隆了大麥SBEⅡ-1和SBEⅡ-2編碼基因的cDNA和gDNA[28]。2個(gè)基因都是單拷貝，分別位于大麥第2號和第5號染色體上。在大麥中，SBEⅡ-1表達(dá)不具有組織專一性，而SBEⅡ-2基因表現(xiàn)為胚乳表達(dá)專一性。雖然各物種SBE各種同工型都有一定程度的同源性，但各物種之間都存在明顯的差別。

2.3.4 淀粉去分支酶 DBE催化多糖鏈中α-1，6糖苷鍵的水解，根據(jù)其作用底物的不同，分為異淀粉酶（isoamylase，ISA）和普魯藍(lán)酶（pullulanase）。異淀粉酶是以變性支鏈淀粉、糖原以及支鏈淀粉類似物為底物，催化的是α-1，6糖苷鍵，將其水解，但是該酶不能水解普魯藍(lán);普魯藍(lán)酶水解的是普魯藍(lán)和極限糊精的α-1，6糖苷鍵，但是對糖原和變性支鏈淀粉的α-1，6糖苷鍵則無活性或者弱活性。

當(dāng)DBE不能正常行使功能的時(shí)候，植株體內(nèi)的多糖結(jié)構(gòu)更趨向于形成多分支的小分子多糖和糖原。原因有2個(gè)：一是DBE直接發(fā)揮作用，它從多糖中切斷α-1，6糖苷鍵，通過SBE利用空間緊密排列的原則，將DBE切下的較小分子通過α-1，6糖苷鍵連接到其他的位置，從而形成大分子支鏈淀粉;二是DBE間接發(fā)揮作用，只有當(dāng)DBE發(fā)揮功能的時(shí)候，某些其他酶類才能起到作用，也就是說DBE功能缺失的時(shí)候，其他酶類就發(fā)生異常，從而使得支鏈淀粉的合成受阻。

3 軟米水稻的研究現(xiàn)狀

秈稻稻谷直鏈淀粉含量為15%～24%，粳稻稻谷直鏈淀粉含量為15%～20%，糯稻直鏈淀粉含量≤2%，軟米是直鏈淀粉含量介于2%～15%的新型稻谷類型。一般而言，直鏈淀粉含量>20%的稻米食味品質(zhì)會比較差，而直鏈淀粉含 量<15% 的稻米食味品質(zhì)則較好[29]。因此軟米具有軟而不爛、膨化性好、富有彈性、冷后不易變硬、回生程度小等優(yōu)點(diǎn)，是制作方便米飯、米類點(diǎn)心等速食食品的優(yōu)質(zhì)原材料。

由于軟米的米質(zhì)介于糯米與黏米之間，故又稱之為半糯米。根據(jù)植物分類學(xué)，軟米通常可分為秈、粳兩大類型，一般晚秈型軟米所占比例較高[30]。除上述分類指標(biāo)外，育種家一般將直鏈淀粉含量作為軟米的主要分類指標(biāo)。徐紹忠等結(jié)合軟米發(fā)展歷史指出，直鏈淀粉含量為8%～16%[31]。李錚友則認(rèn)為軟米是直鏈淀粉含量低于18%的稻米品種[32];王新其等認(rèn)為稻米直鏈淀粉含量在5%～14%時(shí)就可稱之為軟米[33]。曾亞文等認(rèn)為，秈稻中9.1%～15%的直鏈淀粉可作為秈型軟米的重要指標(biāo)，而糊化溫度（6～7級）和膠稠度 55～85 mm是秈型軟米評價(jià)的輔助指標(biāo)[34]。因此，在軟米上至今沒有規(guī)范化、系統(tǒng)化的分類指標(biāo)，有必要在軟米的分類上提出一套系統(tǒng)、可行、適合的標(biāo)準(zhǔn)?？傊局?%～9%可作為粳型軟米的重要指標(biāo)，秈稻中9.1%～15%的直鏈淀粉可作為秈型軟米的重要指標(biāo)。

蠟質(zhì)基因（Waxy，Wx）是影響稻米蒸煮與食味品質(zhì)的最重要基因，通過編碼淀粉粒結(jié)合淀粉合成酶（GBSSI）控制著稻米中直鏈淀粉的合成，直接影響水稻胚乳和花粉中直鏈淀粉的含量（AC）。非糯性基因（Wx）對糯性基因（wx）表現(xiàn)為不完全顯性，存在較為明顯的劑量效應(yīng)[35]，Wx基因等位變異的挖掘和利用是解析水稻質(zhì)量變異一個(gè)重要的方法，也是稻米品質(zhì)改良的一個(gè)重要方面。目前在栽培稻中已鑒定了多個(gè)Wx基因的復(fù)等位變異，包括Wxa、Wxb、wx、Wxop、Wxin、Wxmq、Wxmp、Wxhp等，這些等位變異是造成稻米品質(zhì)差異的主要原因[36]。Wxb與Wxa相比，第1內(nèi)含子+1位堿基由G變?yōu)門，降低了Wx基因轉(zhuǎn)錄后mRNA的剪接效率，明恢63的臘質(zhì)基因基因型為Wxb，IR36、特青的基因型為Wxa;在Wx基因的第2外顯子中23 bp的插入，導(dǎo)致終止密碼子提前出現(xiàn)，是形成wx等位基因的原因;Wxop與Wxa相比，在第4外顯子的A762突變?yōu)镚762，導(dǎo)致氨基酸由Asp變?yōu)镚ly;而Wxin與Wxa相比，則是在第6外顯子中的A1132突變?yōu)镃1132，其編碼的氨基酸由Tyr變?yōu)镾er[37]，IR64的臘質(zhì)基因基因型為Wxin。云南軟米低直鏈淀粉含量由Wxhp基因的遺傳控制。來自日本的軟米含Wxmq，如品種關(guān)東大194的直鏈淀粉含量較低，顯示軟米的特點(diǎn)。借助分子標(biāo)記，姚姝等將Wxmq基因?qū)胨靖弋a(chǎn)粳稻品種，培育了南粳46、南粳9108粳型軟米品種。利用香味的功能標(biāo)記In Del-E7進(jìn)行檢測時(shí)，南粳46和南粳9108具有一致的條帶[38]。

4 香軟米研究進(jìn)展

目前，我國香軟米培育主要依賴于傳統(tǒng)育種，如何把稻米香味基因?qū)胲浢姿局校瑒?chuàng)建又香又軟的品質(zhì)優(yōu)異的水稻親本，進(jìn)而選育出產(chǎn)量高、品質(zhì)特優(yōu)的香型軟米水稻品種，以從根本上解決我國當(dāng)前優(yōu)質(zhì)水稻品種較少的被動局面。

云南香型軟米水稻資源是云南特有的一種秈稻類型，具有直鏈淀粉含量低，軟膠稠度，低糊化溫度，香味濃馥，米飯芬芳，柔潤爽口，冷后不回生、不變硬，冷熱均可食用，不易變餿，飯粒晶瑩，富有光澤等優(yōu)質(zhì)特性，古往今來就有貢米之美譽(yù)[39]。而近期上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物栽培研究所選育的特種水稻品種紫香糯861，其米粒具有味香軟糯、米粒大、米皮黑色、富有光澤等優(yōu)點(diǎn)，是一種集色、香、味與營養(yǎng)于一體的特種米[40]。云粳20號為首個(gè)高原粳型香軟米品種，隨后選育出了云粳29號、云粳37號和云粳41號等一批香軟米新品種（系），稻米食味品質(zhì)好，一上市便贏得廣大消費(fèi)者青睞。該類型品種在生產(chǎn)上得到了很好的種植，稻米優(yōu)質(zhì)優(yōu)價(jià)，產(chǎn)值較高[41]。上海市青浦區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心和上海良金種業(yè)發(fā)展有限公司采用常規(guī)雜交方法，選育了早熟中粳水稻新品種青角22。該品種經(jīng)品嘗，口感香軟柔滑，甜潤爽口，食味佳，且冷飯不回生，食用時(shí)冷熱皆宜，米質(zhì)優(yōu)，直鏈淀粉含量在11.6%以下，膠稠度在76 mm以上，為香型軟米類品種[42]。

目前我國稻種資源雖然豐富，但資源畢竟有限，特別是可以應(yīng)用的品質(zhì)優(yōu)異的恢復(fù)源和保持源還是相當(dāng)匱乏，在雜交水稻優(yōu)質(zhì)育種中除了充分發(fā)掘國內(nèi)外優(yōu)異種質(zhì)資源特別是類似云南香型軟米稻種資源等優(yōu)質(zhì)資源外，應(yīng)該引起水稻育種家關(guān)注的是，在不斷擴(kuò)大種質(zhì)親本遺傳差異時(shí)，必須改良親本選育方法，克服優(yōu)良基因在親本測配選育中流失。目前我國雜交水稻育種中，不論是保持系測保選育，還是恢復(fù)系的測恢選擇，絕大多數(shù)采取系譜法與增加選擇壓方法，于中低代邊測恢（保）邊選親本，這雖然有利于加快選擇對象個(gè)體基因型的純合力度，較快培育出優(yōu)異親本，但同時(shí)也造成大量優(yōu)良基因的流失，顯然是不利于豐富雜交親本的遺傳基礎(chǔ)或者擴(kuò)大雜交親本遺傳差異[43]。瀘優(yōu)明占是三明市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院用四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻高粱研究所育成的香型優(yōu)質(zhì)三系不育系瀘香618A與抗稻瘟病和稻癭蚊的優(yōu)質(zhì)恢復(fù)系雙抗明占配組育成的雜交水稻新組合，具有產(chǎn)量高、米質(zhì)優(yōu)、米飯柔軟有清香味等特點(diǎn)[44]。南粳9108是江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所以日本優(yōu)質(zhì)粳稻關(guān)東194為父本，與江蘇優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)粳稻武香粳14雜交，經(jīng)數(shù)代條紋葉枯病抗性基因與半糯性基因的分子標(biāo)記輔助選擇以及外觀與食味品質(zhì)篩選培育而成的又一個(gè)優(yōu)良香軟米粳稻新品種[45]。山軟8號是用豐富占與粵泰絲苗雜交育成的感溫型秈稻常規(guī)優(yōu)質(zhì)品種，表現(xiàn)生長勢強(qiáng)，株型好，抗稻瘟病，穗大粒多，結(jié)實(shí)率高，抗倒力強(qiáng)，適應(yīng)性廣，適合機(jī)械化種植，外觀品質(zhì)、食味品質(zhì)好，直鏈淀粉14.2%～14.5%，食味品質(zhì)73～78分，飯粒延伸不破裂，口感軟滑，飯味好，是色香味俱全的優(yōu)質(zhì)香軟米品種[46]。

5 展望

近年，國內(nèi)外對優(yōu)質(zhì)香軟米的消費(fèi)需求越來越大，香軟米水稻的研究及優(yōu)質(zhì)香軟米水稻的選育也越來越受到科學(xué)家的重視。隨著水稻功能基因組研究的快速發(fā)展，關(guān)于水稻中香味基因以及各種軟米相關(guān)基因的遺傳基礎(chǔ)、功能及其調(diào)控機(jī)理等將會越來越明朗。最近十幾年，基因測序技術(shù)突飛猛進(jìn)，大量不同來源的水稻品種和種質(zhì)資源完成測序分析，不僅發(fā)現(xiàn)了一系列香味基因的變異位點(diǎn)及其等位基因，還發(fā)掘了一系列的軟米品質(zhì)基因的變異位點(diǎn)及其等位基因[47]。針對這些變異位點(diǎn)，基因功能標(biāo)記也被不斷開發(fā)并已經(jīng)廣泛應(yīng)用于基因篩選和雜交骨干親本培育。但是，在育種家們育種過程中，與直鏈淀粉相關(guān)的基因在改變稻米品質(zhì)的同時(shí)，改變了其通透度，所以如何改良現(xiàn)有香軟米品種的通透度問題備受人們關(guān)注。

隨著分子技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，分子標(biāo)記輔助選擇（MAS）也越來越多地應(yīng)用在水稻品質(zhì)基因及水稻育種的研究中。在香軟米水稻育種中，通過分子標(biāo)記輔助選擇不但可以快速準(zhǔn)確地搜集香軟米水稻的種質(zhì)資源，同時(shí)還可以加速種質(zhì)資源的創(chuàng)新，通過與基因緊密連鎖的標(biāo)記輔助選擇，不但可以提高育種的準(zhǔn)確性，還可以縮短育種年限，加速育種進(jìn)程。

基因編輯技術(shù)能夠讓人類對目標(biāo)基因進(jìn)行“編輯”，實(shí)現(xiàn)對特定DNA片段的敲除、加入等。利用序列特異性核酸酶SSNs的基因編輯技術(shù)（包括TALEN、ZFN和CRISPR）進(jìn)行分子設(shè)計(jì)育種，要比傳統(tǒng)育種和轉(zhuǎn)基因（RNAi或者反義RNA）育種具有明顯的優(yōu)勢：（1）準(zhǔn)確編輯目標(biāo)基因;（2）不需要雜交和回交過程，省時(shí)方便;（3）能夠得到無篩選標(biāo)記的后代[48]。而CRISPR/Cas9技術(shù)自問世以來，就有著其他基因編輯技術(shù)無可比擬的優(yōu)勢，技術(shù)不斷改進(jìn)后，更被認(rèn)為能夠在活細(xì)胞中最有效、最便捷地編輯任何基因。

水稻香軟米育種涉及遺傳、育種、分子生物學(xué)、生理、病理以及栽培等諸多學(xué)科，需要把常規(guī)育種與新技術(shù)，特別是分子生物學(xué)相關(guān)技術(shù)相結(jié)合，有效地開展分子標(biāo)記輔助選擇育種，基因聚合育種以及基因編輯技術(shù)，培育出高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗逆的香軟米新品種。

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