學者克隆關鍵基因用以改良稻米外觀與營養品質

華南農業大學農學院教授王州飛團隊在國家自然科學基金、廣東省自然科學基金等項目的資助下，研究揭示了突變異丙基蘋果酸合酶基因OsIPMS能同時改良稻米外觀和營養品質的作用及其育種利用價值。相關成果近日在線發表于《植物學雜志》（The Plant Journal）。

基因在稻米外觀和營養品質改良中的育種利用。研究團隊供圖

當前，稻米的外觀和營養品質已成為評價其經濟價值和吸引消費者的關鍵指標。因此，不斷優化稻米外觀和營養品質，對于推動稻米產業的持續發展至關重要。粒型和堊白是影響稻米外觀品質的關鍵因素，而蛋白質和氨基酸含量是決定稻米營養價值的核心指標。因此，那些修長、晶瑩剔透，且富含蛋白質和氨基酸的稻米品種，因其卓越的外觀和營養價值，在市場上受到了廣泛的歡迎。盡管如此，實現稻米在粒型、堊白特征以及營養品質上的綜合優化，仍然是當前水稻育種領域所面臨的重大挑戰。

該研究克隆了能同時改良稻米外觀和營養品質的關鍵基因OsIPMS。表型分析發現，在日本晴背景下，同時敲除OsIPMS1和OsIPMS2能顯著提高稻米長寬比，增加糙米和精米中蛋白質和氨基酸含量，且不影響堊白率。分子機制研究表明，在小穗發育和籽粒灌漿過程中，OsIPMS1和OsIPMS2具有相似的表達模式；OsIPMS1與OsIPMS2能相互作用，形成同源和異源二聚體發揮作用；基因突變體通過調控粒型和營養品質相關基因表達，提升稻米外觀和營養品質。

基因育種利用評價發現，在水稻群體中OsIPMS1和OsIPMS2均存在兩種主要單倍型，但控制外觀和營養品質的優異單倍型不同，通過分子標記輔助選擇同步改量稻米外觀和營養品質較為困難；但是，通過基因編輯技術，在推廣品種粳稻武運粳23、秈稻黃華占背景中，同時敲除OsIPMS1和OsIPMS2能顯著提高稻米長寬比，增加蛋白質和氨基酸含量，且改善堊白率。可見，基因在水稻品質育種中具有顯著的應用價值，突變該基因能同時改良稻米外觀和營養品質，為稻米品質的全面提升提供了新的策略。

相關論文信息：http://doi.org/10.1111/tpj.16977