科學(xué)家創(chuàng)制等位基因讓稻米更好吃

4月27日，《植物生物技術(shù)雜志》 在線發(fā)布了揚州大學(xué)農(nóng)學(xué)院教授劉巧泉團隊創(chuàng)制的多個微調(diào)直鏈淀粉含量的新Wx 等位基因，為優(yōu)質(zhì)育種提供了新種質(zhì)與新方法。

論文通訊作者劉巧泉介紹，水稻是世界上最主要的糧食作物之一?！笆巢粎捑?，膾不厭細(xì)”，追求“舌尖上的美味”，是邁向全面小康社會進程中的人們享受精致生活的需求。與品質(zhì)性狀相關(guān)的“舌尖上的基因”分子機制研究已成為水稻育種最重要考慮因素之一。

蠟質(zhì)基因（Wx）是控制水稻胚乳直鏈淀粉合成、影響稻米蒸煮食味品質(zhì)的關(guān)鍵因子，Wx 變異是水稻直鏈淀粉含量變化和蒸煮食味品質(zhì)多樣性的主要原因。劉巧泉團隊前期研究證實，栽培水稻馴化過程中存在直鏈淀粉含量由高到低，即稻米蒸煮食味品質(zhì)由低到高的演變趨勢。

近幾十年來，利用特定的Wx 等位基因（如Wxb、Wxin 和Wxmp 等）適當(dāng)降低直鏈淀粉含量以提升稻米蒸煮食味品質(zhì)，是稻米品質(zhì)改良育種取得重大進展的主要原因。

直鏈淀粉含量過高的稻米往往表現(xiàn)為蒸煮食味品質(zhì)較差，過低則使米飯?zhí)常矣绊懙久椎耐庥^品質(zhì)。當(dāng)前育種家迫切需要可在現(xiàn)有廣泛應(yīng)用的Wx 等位基因基礎(chǔ)上微調(diào)其表達(dá)，進而適度調(diào)控蒸煮食味品質(zhì)的新種質(zhì)和新技術(shù)。

劉巧泉團隊通過CRISPR/Cas9 技術(shù)編輯水稻W(wǎng)x 基因啟動子上的關(guān)鍵順式作用元件，通過表達(dá)分析和啟動子活性的體外驗證，結(jié)果證實編輯該位點確實可以適度調(diào)節(jié)Wx 基因的表達(dá)。在不同氣候條件下，新的Wx 等位變異材料表現(xiàn)出不同的變化趨勢。

劉巧泉說，上述研究提供了一個可有效溫和調(diào)節(jié)Wx 基因表達(dá)的啟動子靶位點。以此為基礎(chǔ)，他們還創(chuàng)制了6 種農(nóng)藝性狀良好的新Wx 等位基因及其新種質(zhì)，有潛力應(yīng)用于稻米品質(zhì)改良育種。

研究發(fā)現(xiàn)，在已克隆的所有Wx 等位基因中，該靶位點序列非常保守。在不同Wx 等位基因中編輯該位點將有機會獲得更多微調(diào)蒸煮食味品質(zhì)的新Wx 等位基因。編輯基因的核心啟動子可能是一種適度調(diào)節(jié)目的基因表達(dá)的通用型方法。相關(guān)論文信息：https：//doi.org/10.1111/pbi.13391。