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稻米胚乳的直鏈淀粉含量是決定稻米蒸煮食味品質(zhì)的重要因素，同時(shí)也可影響稻米胚乳的透明度。直鏈淀粉含量過(guò)高，米飯較硬，食味變差。但若稻米中的直鏈淀粉含量過(guò)低（10%以下），往往會(huì)呈現(xiàn)半透明或不透明，影響稻米的外觀。稻米中直鏈淀粉主要由蠟質(zhì)基因（Wx）負(fù)責(zé)合成。近幾十年來(lái)，利用特定的Wx等位基因降低直鏈淀粉含量以提升稻米蒸煮食味品質(zhì)，是稻米優(yōu)質(zhì)育種取得重大進(jìn)展的主要原因。但是，現(xiàn)有Wx等位基因控制的直鏈淀粉含量大多在15%以上或10%以下，當(dāng)前水稻優(yōu)質(zhì)育種中缺乏直鏈淀粉含量介于10-15%之間、能夠協(xié)同調(diào)控食味和外觀品質(zhì)的新型等位基因。

JIPB近日在線發(fā)表了揚(yáng)州大學(xué)農(nóng)學(xué)院劉巧泉課題組題為“A rare Waxy allele coordinately improves rice eating and cooking quality and grain transparency”的研究論文。該研究鑒定了一個(gè)稀有的Wx等位基因Wx^mw，發(fā)現(xiàn)其可能是在水稻馴化過(guò)程中由Wxⁱⁿ和Wx^b同源重組而來(lái)；Wx^mw所控制的直鏈淀粉含量為13%左右，對(duì)稻米蒸煮食味品質(zhì)和外觀品質(zhì)均有顯著的改善效果。

劉巧泉課題組通過(guò)水稻種質(zhì)資源篩查，在一個(gè)地方品種魔王谷中克隆了一個(gè)Wx的新等位基因Wx^mw。通過(guò)對(duì)粳稻品種日本晴背景下近等基因系和轉(zhuǎn)基因系的分析，證明Wx^mw所控制的稻米直鏈淀粉含量在12-14%之間，介于Wx^b和Wx^mp之間。攜帶該等位基因稻米的食味值與攜帶Wx^mp（直鏈淀粉含量在8-10%之間）的優(yōu)良食味稻米接近，但稻米透明度顯著優(yōu)于半糯類型的軟米。該等位基因包含已報(bào)道的Wxⁱⁿ和Wx^b的兩個(gè)功能性變異位點(diǎn)，推測(cè)Wx^mw可能是由Wxⁱⁿ和Wx^b在水稻馴化過(guò)程中通過(guò)同源重組而來(lái)。Wxⁱⁿ和Wx^b所對(duì)應(yīng)的直鏈淀粉含量分別為18-22%和15-18%左右。借助分子標(biāo)記輔助選擇方式將Wx^mw導(dǎo)入到常規(guī)高產(chǎn)粳稻中，證明改良品系具有較好的外觀品質(zhì)和顯著提高的蒸煮食味品質(zhì)。因此，Wx^mw在培育優(yōu)良食味和外觀品質(zhì)水稻新品種中具有重大應(yīng)用潛力。

劉巧泉課題組主要從事稻米品質(zhì)性狀遺傳改良研究，近年來(lái)在Wx基因表達(dá)調(diào)控方面取得了一系列進(jìn)展，克隆了來(lái)自野生稻的Wx基因祖先等位基因Wx^lv，并證明當(dāng)前栽培稻中的主要等位基因都由其通過(guò)不同方式進(jìn)化而來(lái)（Zhang et al., Mol Plant, 2019）。利用CRISPR/Cas9技術(shù)編輯了水稻Wx啟動(dòng)子上的關(guān)鍵順式作用元件，獲得了多個(gè)微調(diào)蒸煮食味品質(zhì)的新Wx等位類型（Huang et al., Plant Biotech J，2020a；Trends Plant Sci, 2020b）。這篇論文進(jìn)一步從水稻自然種質(zhì)資源中獲得了能夠微調(diào)稻米蒸煮食味品質(zhì)的Wx自然等位基因，為稻米品質(zhì)改良豐富了基因資源。張昌泉副教授為該論文的一作者，劉巧泉教授為通訊作者。該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金和江蘇省科技廳等項(xiàng)目的資助。