扬州大学刘巧泉课题组克隆了协调稻米食味和外观品质的稀有Wx等位基因

来源：植物科学最前沿稻米胚乳的直链淀粉含量是决定稻米蒸煮食味品质的最重要因素，同时也可影响稻米胚乳的透明度。直链淀粉含量过高，米饭较硬，食味变差。但若稻米中的直链淀粉含量过低（10%以下），往往会呈现半透明或不透明，影响稻米的外观。稻米中直链淀粉主要由蜡质基因（Wx）负责合成。近几十年来，利用特定的Wx等位基因降低直链淀粉含量以提升稻米蒸煮食味品质，是稻米优质育种取得重大进展的主要原因。但是，现有Wx等位基因控制的直链淀粉含量大多在15%以上或10%以下，当前水稻优质育种中缺乏直链淀粉含量介于10-15%之间、能够协同调控食味和外观品质的新型等位基因。

JIPB近日在线发表了扬州大学农学院刘巧泉课题组题为“A rare Waxy allele coordinately improves rice eating and cooking quality and grain transparency”的研究论文。该研究鉴定了一个稀有的Wx等位基因Wxmw，发现其可能是在水稻驯化过程中由Wxin和Wxb同源重组而来；Wxmw所控制的直链淀粉含量为13%左右，对稻米蒸煮食味品质和外观品质均有显著的改善效果。

Wxmw导入日本晴（NIP）和高产水稻品种（2661）改良稻米外观和蒸煮食味品质

刘巧泉课题组通过水稻种质资源筛查，在一个地方品种魔王谷中克隆了一个Wx的新等位基因Wxmw。通过对粳稻品种日本晴背景下近等基因系和转基因系的分析，证明Wxmw所控制的稻米直链淀粉含量在12-14%之间，介于Wxb和Wxmp之间。携带该等位基因稻米的食味值与携带Wxmp（直链淀粉含量在8-10%之间）的优良食味稻米接近，但稻米透明度显著优于半糯类型的软米。该等位基因包含已报道的Wxin和Wxb的两个功能性变异位点，推测Wxmw可能是由Wxin和Wxb在水稻驯化过程中通过同源重组而来。Wxin和Wxb所对应的直链淀粉含量分别为18-22%和15-18%左右。借助分子标记辅助选择方式将Wxmw导入到常规高产粳稻中，证明改良品系具有较好的外观品质和显著提高的蒸煮食味品质。因此，Wxmw在培育优良食味和外观品质水稻新品种中具有重大应用潜力。

刘巧泉课题组主要从事稻米品质性状遗传改良研究，近年来在Wx基因表达调控方面取得了一系列进展，克隆了来自野生稻的Wx基因祖先等位基因Wxlv，并证明当前栽培稻中的主要等位基因都由其通过不同方式进化而来（Zhang et al., Mol Plant, 2019）。利用CRISPR/Cas9技术编辑了水稻Wx启动子上的关键顺式作用元件，获得了多个微调蒸煮食味品质的新Wx等位类型（Huang et al., Plant Biotech J，2020a；Trends Plant Sci, 2020b）。这篇论文进一步从水稻自然种质资源中获得了能够微调稻米蒸煮食味品质的Wx自然等位基因，为稻米品质改良丰富了基因资源。张昌泉副教授为该论文的第一作者，刘巧泉教授为通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和江苏省科技厅等项目的资助。

1. Zhang, C., Zhu, J, Chen, S., Fan, X., Li, Q., Lu, Y., Wang, M., Yu, H., Yi, C., Tang, S., Gu, M., Liu, Q. Wxlv, the ancestral allele of rice Waxy gene. Molecular Plant, 2019, 12: 1157–1166

2. Huang, L., Li, Q., Zhang, C., Chu, R., Gu, Z., Tan, H., Zhao, D., Fan, X., Liu, Q. Creating novel Wx alleles with fine‐tuned amylose levels and improved grain quality in rice by promoter editing using CRISPR/Cas9 system. Plant Biotechnology Journal, 2020a (https://doi.org/10.1111/pbi.13391)

3. Huang, L., Sreenivasulu, N., Liu, Q. Waxy editing: Old meets new. Trends in Plant Science, 2020b (https://doi.org/10.1016/j.tplants.2020.07.009