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刘春明研究组开拓改善水稻营养品质育种新路径

图注:(A) 水稻DNA去甲基化酶基因OsROS1的显性负突变体ta2-1胚乳产生糊粉层加厚表型。 (B) ta2-1糊粉层细胞层数明显增加。(C) 相对于野生型中花11ta2-1突变体成熟颖果中的多种营养成分含量均显著增加。

      人类70%的粮食来自禾本科作物的胚乳,这些作物的胚乳由糊粉层和淀粉胚乳两部分组成。白米来自淀粉胚乳,主要成分为淀粉类碳水化合物,而外部的糊粉层则富含蛋白质、维生素、膳食纤维和微量元素。尽管二者发育起源相同,但分化命运和营养物质积累迥异,这方面的研究既可以回答植物发育学领域的前沿问题,又可为禾本科作物营养改良和品质提高提供理论和技术支持。
      中国科学院植物研究所刘春明研究组与澳大利亚联邦科学和工业组织合作,创建了一种半粒种子筛选体系,并利用这一体系筛检了近3万粒种子获得了一个糊粉层增厚的水稻品系ta2。基因克隆发现糊粉层增厚表型是由于一个DNA去甲基化酶基因OsROS1显性负突变产生,其糊粉层从野生型水稻的一层细胞增加到4-10层。小麦、玉米、大麦等禾本科作物中均存在与OsROS1蛋白序列相似性很高的去甲基化酶,并在胚乳发育过程中表达。目前,该研究组正在尝试利用基因编辑技术调控小麦、玉米等作物中去甲基化酶ROS1基因的表达活性,有望开拓禾本科作物营养品质育种的新路径。
       这一发现不仅为了解禾本科作物胚乳发育和营养物质积累的表观遗传调控提供了理论基础,而且该课题组还利用自主开发的水稻TILLING平台获得了一批OsROS1基因等位突变新材料,其营养品质得到了不同程度提高,为水稻营养品质改良育种提供了重要遗传材料。这是国际上首次建立的通过改变糊粉层厚度提高水稻营养品质的新途径,适合于培育营养型紫米或全米。
       该成果于2018年10月1日在Proc. Natl. Acad. Sci. USA上在线发表,刘春明研究组助理研究员刘金鑫博士和毕业生吴小坝博士为共同第一作者,刘春明研究员为通讯作者。该研究得到了国家科技部、中科院A类战略先导专项和中澳双边“CAS-CSIRO”项目的资助。
文章链接: http://www.pnas.org/content/early/2018/09/26/1806304115?from=groupmessage&isappinstalled=0

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