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新發(fā)現(xiàn)！科研人員獲得高抗性淀粉大麥新種質(zhì)
發(fā)布日期： 2022-02-21 16:18:52 來源： 中國科學(xué)報

隨著生活水平不斷提高，肥胖癥、糖尿病和腸道疾病發(fā)生的幾率顯著增加，抗性淀粉具有降低血糖血脂、預(yù)防直腸癌等腸道和心腦血管疾病等多種保健功能，是理想的膳食來源。大麥?zhǔn)鞘澜绲谒拇蠛坦阮惣Z食作物，是藏族同胞的主糧。大麥籽粒中淀粉約占50%~70%，高抗性淀粉含量大麥可用作功能食品的重要原料。

近日，四川農(nóng)業(yè)大學(xué)小麥研究所鄭有良教授團(tuán)隊江千濤教授研究組利用CRIPR/Cas9技術(shù)對大麥淀粉合成酶基因SSIIa進(jìn)行基因編輯，獲得了高抗性淀粉大麥新種質(zhì)，結(jié)合酶活、轉(zhuǎn)錄組和代謝組學(xué)闡明淀粉的特性變化機(jī)制，相關(guān)成果發(fā)表在國際著名學(xué)術(shù)期刊《碳水化合物聚合物》(Carbohydrate Polymers)。

該研究利用CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)創(chuàng)制了多個大麥SSIIa等位變異缺失突變體。突變體中SSIIa蛋白ADPG結(jié)合結(jié)構(gòu)的破壞導(dǎo)致其功能的喪失從而顯著影響了突變體大麥籽粒淀粉的生物合成，其中直鏈淀粉和抗性淀粉含量分別約為野生型籽粒的2倍和6倍，耐消化能力顯著提升。組學(xué)和酶活分析表明，基因編輯植株中淀粉合成途徑的GBSSI、SSI、SSIIa、SBEI、PUL的表達(dá)水平發(fā)生顯著變化，引起GBSS酶活大幅增強(qiáng)，最終導(dǎo)致直鏈淀粉含量顯著增加。大麥基因編輯株系的淀粉特性發(fā)生顯著變化，其支鏈淀粉平均鏈長的減少導(dǎo)致了異常的熱力學(xué)特性，To、Tp、Tc和?H值顯著下降。利用13CNMR分析發(fā)現(xiàn)突變體中直鏈淀粉-脂質(zhì)復(fù)合體含量高于野生型，導(dǎo)致基因編輯大麥株系淀粉的耐消化能力大幅增強(qiáng)，具有突出的營養(yǎng)保健功能。該研究為麥類淀粉品質(zhì)改良和轉(zhuǎn)基因育種提供了理論依據(jù)和技術(shù)儲備。

該項成果是在中外合作的結(jié)晶，小麥研究所與英國John Innes Centre合作建立了大麥遺傳轉(zhuǎn)化和基因編輯技術(shù)平臺，與澳大利亞聯(lián)邦科工組織(CSIRO)合作開展麥類作物淀粉合成調(diào)控研究，本項成果是在三方共同協(xié)作下完成。該研究得到國家重點研發(fā)計劃、四川省國際科技交流合作項目、四川農(nóng)業(yè)大學(xué)雙支計劃等項目資助。(作者：張晴丹 )

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