JIPB | ​扬州大学严长杰课题组利用基因编辑快速改良稻米食味品质

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水稻是中国乃至世界范围内最重要的粮食作物之一，对保障世界粮食安全具有举足轻重的作用。近几十年来，我国水稻产量获得大幅提升，而稻米品质却普遍偏低，与国际上一些产稻国家存在较大差距。为此，21世纪以来，我国水稻育种工作者逐渐重视稻米品质改良研究，特别是稻米蒸煮食味品质这一“卡脖子”难题。

目前生产实践中，稻米食味品质的改良主要是利用Wx基因的不同等位变异来培育具有不同直链淀粉含量的水稻品种，以适应不同消费群体的需求。然而，尽管围绕淀粉的稻米品质改良已取得了较大进展，现有稻米的品质依然满足不了国内消费者的需求。稻米蛋白质作为仅次于淀粉的第二大贮藏物质，其含量及组成同样严重影响稻米各项品质性状，特别是蒸煮食味品质。一般而言，稻米蛋白质含量越高，稻米食味品质越差，两者呈极显著负相关。优质稻米的蛋白质含量一般要低于7%。由于我国施氮水平较高和品种特性等原因，我国普通大米的蛋白质含量普遍较高，严重影响稻米食味品质。同时，稻米蛋白质含量极易受环境因素影响，且遗传控制系统复杂，迄今为止，生产实践中几乎没有有效的方法来调控稻米蛋白质含量以改良稻米食味品质。

扬州大学农学院严长杰课题组近年来在水稻稻米蛋白含量关键基因克隆及遗传调控研究中取得了一系列进展，成功克隆了一个控制稻米蛋白质含量的主效QTLqGPC-10，该基因编码谷蛋白基因家族成员OsGluA2，由于籼粳品种在该基因启动子上存在序列差异，导致籼粳亚种间OsGluA2表达水平产生差异，进而影响胚乳中谷蛋白含量的积累，该基因是影响籼粳亚种蛋白质含量差异的关键基因（Yang et al., Nat. Commun, 2019）。

基于此研究，该课题组近日在 JIPB 在线发表了题为“Rapid improvement of rice eating and cooking quality through gene editing toward glutelin as target”的研究论文（https://doi.org/10.1111/jipb.‍13334）。该研究首先利用80份经过重测序且生育期相近的粳稻品种进一步证实了谷蛋白合成基因的表达对稻米蛋白含量以及米饭食味值具有极其重要影响；进一步利用CRISPR/Cas9系统对谷蛋白基因家族中高表达的8个基因进行同时敲除，共筛选出无T-DNA插入的7种不同基因突变组合的突变体；SDS-PAGE及组分蛋白测定表明，突变体的稻米蛋白质含量均发生不同程度的适度下调，且下调幅度与敲除的基因个数和基因本身内源表达的高低相关；稻米其他贮藏物质分析表明，蛋白质含量的适度下调并不会对其他贮藏物质有负面影响，同时米饭的硬度、外观和食味值均显著上调；突变体植株农艺性状、稻米外观表现、籽粒发芽率和幼苗建成均不受影响。该研究为稻米食味品质的快速改良提供新的策略。

扬州大学“青年百人”杨宜豪为该论文的第一作者，研究生沈子颜、李有光为共同第一作者，严长杰教授为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金及江苏省政府揭榜挂帅和重点研发项目的资助。

原文链接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35906898/