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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，同時也可影響稻米胚乳的透明度。直鏈淀粉含量過高，米飯較硬，食味變差。但若稻米中的直鏈淀粉含量過低（10%以下），往往會呈現(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）負責合成。近幾十年來，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)表了揚州大學農(nóng)學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。該研究鑒定了一個稀有的Wx等位基因Wx^mw，發(fā)現(xiàn)其可能是在水稻馴化過程中由Wxⁱⁿ和Wx^b同源重組而來；Wx^mw所控制的直鏈淀粉含量為13%左右，對稻米蒸煮食味品質(zhì)和外觀品質(zhì)均有顯著的改善效果。

劉巧泉課題組通過水稻種質(zhì)資源篩查，在一個地方品種魔王谷中克隆了一個Wx的新等位基因Wx^mw。通過對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道的Wxⁱⁿ和Wx^b的兩個功能性變異位點，推測Wx^mw可能是由Wxⁱⁿ和Wx^b在水稻馴化過程中通過同源重組而來。Wxⁱⁿ和Wx^b所對應的直鏈淀粉含量分別為18-22%和15-18%左右。借助分子標記輔助選擇方式將Wx^mw導入到常規(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，近年來在Wx基因表達調(diào)控方面取得了一系列進展，克隆了來自野生稻的Wx基因祖先等位基因Wx^lv，并證明當前栽培稻中的主要等位基因都由其通過不同方式進化而來（Zhang et al., Mol Plant, 2019）。利用CRISPR/Cas9技術編輯了水稻Wx啟動子上的關鍵順式作用元件，獲得了多個微調(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。該研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金和江蘇省科技廳等項目的資助。