利用基因编辑技术创制预防糖尿病的水稻

抗性淀粉（RS）有预防糖尿病、减少腹泻、炎症性肠道疾病、结肠癌和慢性肾病、肝病发生的潜力。10月18日在《PNAS》发表的一项研究中，来自中科院遗传与发育生物学研究所和浙江大学的研究人员，在水稻中确定了两个关键的淀粉合成酶基因，它们共同调节着RS的生物合成。这些研究结果有望应用于选育出热米饭中具有改良RS的水稻品种，对于理解其他主要谷物作物中的RS生物合成，也具有重要的意义。中科院遗传与发育生物学研究所的李家洋院士和浙江大学原子核农业科学研究所的吴殿星研究员，是本文共同通讯作者。

目前，全球2型糖尿病的发病率有显著的增加。这种增加被认为是由于饮食和生活方式的变化，并且在亚洲地区变得越来越明显。食用抗性淀粉（RS）含量高的食物，可以帮助控制糖尿病，因为其可被小肠缓慢的消化和吸收，从而降低餐后血糖和胰岛素反应。RS含量高的食物也有预防病原体感染、腹泻、炎症性肠道疾病、结肠癌和慢性肾脏、肝脏疾病的潜力。摄食RS可以增加饱腹感，减少热量的摄入，有助于体重管理。因此，改善食物中的RS含量和性能，是一个重要的目标。

水稻（Oryza sativa L.）是世界一半以上人口的主要粮食作物，对于许多人来说，它是营养和碳水化合物的主要来源。科学建议，每天摄食18-20g的米饭对健康是有益的，但是热米饭中的RS含量通常少于3%。目前已经确定了具有改良RS的水稻品种或突变体，例如Goami No. 2、Gongmi No. 3、RS111和Jiangtangdao 1。

通过抑制淀粉分支酶（SBEs）的表达和与RS含量共分离的一个SBEIIb突变体，科学家们已经培育出了高RS、高直链淀粉的转基因水稻。在其他谷物中，可溶性淀粉合成酶（SS）SSIIa和SBE的下调，可使大麦和小麦中的RS含量更高。由于RS生产的根本分子机制在很大程度上是未知的，因此，新的RS基因的发现，无论对于澄清RS的生物合成，还是对于高RS水平品种的育种，都是至关重要的。因此，研究人员筛选了一个诱变的杂交水稻恢复系R7954，该水稻品种煮出的热米饭中RS含量很高。这种策略的目的在于，在具有商业价值的籼稻品种中确定有实用价值的新RS基因。

在这项研究中，通过籼稻中一个RS位点的图位克隆，该研究小组确定了一个有缺陷的可溶性淀粉合成酶基因（SSIIIa），其负责RS的生产，并进一步表明，RS生产依赖于Waxya (Wxa)等位基因的高表达，这在籼稻品种中是很普遍的。由此产生的RS具有改性的颗粒结构；直链淀粉、脂质和直链淀粉-脂质复合物的含量很高；并且理化特征发生了改变。这一研究结果为提高煮熟大米中的RS含量，特别是籼稻品种——其在南亚地区占主导低温，提供了机会。