万建民院士团队揭示水稻淀粉生物合成和胚乳发育新机制

1月24日，中国农业科学院作物科学研究所万建民院士领衔的科研团队与南京农业大学水稻所合作鉴定了水稻淀粉生物合成的关键调控因子OsLESV，阐明了其通过调控淀粉合成关键酶靶向淀粉颗粒运输的分子机制，为稻米品质的遗传改良提供了重要基因资源和理论依据。相关研究成果发表在《植物细胞（The Plant Cell）》上。
 
　　淀粉是稻米籽粒中最主要的储藏物质，约占水稻籽粒干重的90%，是决定水稻产量和品质的关键因素之一。淀粉主要由直链淀粉和支链淀粉两种类型的葡聚糖组成，其中支链淀粉约占淀粉重量的75–80%。目前，淀粉生物合成过程中的关键酶编码基因已经被悉数克隆，相关基因的优异等位变异也已经广泛应用在水稻品质改良中，但对淀粉的生物合成调控机制仍知之甚少。因此，挖掘储藏淀粉合成关键调控基因，阐明淀粉生物合成的分子网络对稻米品质遗传改良具有重要意义。
 
　　科研团队鉴定到一个水稻粉质胚乳突变体flo9，与野生型相比，该突变体存在严重的胚乳发育缺陷，表现为胚乳中心区域空洞，中间区域粉质。图位克隆和互补实验证实，FLO9编码植物中特有的非酶蛋白OsLESV。亚细胞定位实验证实，OsLESV定位在胚乳造粉体基质和淀粉颗粒上。OsLESV体外具有结合淀粉的能力。进一步研究发现，OsLESV可以与支链淀粉合成关键酶ISA1互作，OsLESV功能缺失导致ISA1在淀粉颗粒上的定位减少。此外，研究还发现OsLESV可以与团队前期鉴定的淀粉合成关键调控因子FLO6互作，二者构成一个功能模块，协同调控水稻胚乳中储藏淀粉的合成和胚乳发育。该研究丰富了人们对淀粉生物合成调控的新认知，为稻米品质的遗传改良提供了重要基因资源和理论依据。
 
　　作科所客座研究生燕海刚博士、南京农业大学张文伟副教授和王益华教授为论文的共同第一作者，万建民院士和任玉龙研究员为本文的通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国农业科学院科技创新工程等项目的资助。
 
　　全文链接：https://doi.org/10.1093/plcell/koae006



日期：2024-01-29