科研人員開拓改善水稻營養品質育種新路徑

人類70%的糧食來自禾本科作物的胚乳。禾本科作物胚乳由糊粉層和澱粉胚乳兩部分組成，澱粉胚乳主要成分為澱粉類碳水化合物，而其外部的糊粉層則富含蛋白質、脂肪酸、維生素、膳食纖維和微量元素。儘管糊粉層和澱粉胚乳的發育起源相同，但分化命運和營養物質積累迥異。因此關於糊粉層和澱粉胚乳的發育起源的研究不僅能夠回答植物發育學領域的前沿問題，又可為禾本科作物營養改良和品質提高提供理論和技術支持。

中國科學院植物研究所劉春明研究組與澳大利亞聯邦科學和工業組織合作，創建了一種半粒種子篩選體系，並利用這一體系篩檢了近3萬粒水稻種子，獲得了一個糊粉層增厚的水稻品系ta2，其糊粉層從野生型水稻的1層細胞增加到4至10層，使水稻的蛋白質、脂肪酸、維生素、微量元素和膳食纖維等營養因子得到了普遍提升。這是國際上首次提出的一種改善水稻營養品質的新途徑，並為培育高營養水稻提供了新型遺傳材料。

研究人員通過基因克隆發現，糊粉層增厚表型是由於一個DNA去甲基化酶基因OsROS1顯性負突變產生的。該研究組還通過自主開發的水稻TILLING平台獲得了一批OsROS1基因等位突變新材料，其營養品質得到了不同程度提高。目前，研究人員正在嘗試利用基因編輯技術調控小麥、玉米等作物中去甲基化酶ROS1基因的表達活性，有望開拓禾本科作物營養品質育種的新路徑。

該成果於近日在《美國國家科學院院刊》（PNAS）上在線發表，劉春明研究組的助理研究員劉金鑫和博士畢業生吳小壩為共同第一作者，劉春明為通訊作者。該研究得到國家科技部、中科院A類戰略先導專項和中澳雙邊「CAS-CSIRO」項目的資助。

(A) 水稻DNA去甲基化酶基因OsROS1的顯性負突變體ta2-1胚乳產生糊粉層加厚表型；(B) ta2-1糊粉層細胞層數明顯增加；(C) 相對於野生型「中花11」，ta2-1突變體成熟穎果中的多種營養成分含量均顯著增加。

來源：中國科學院植物研究所

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