水稻 (Oryza Sativa L.) 是世界上最重要的粮食作物之一，培育高产优质水稻新品种一直是水稻遗传育种的研究热点。加工品质是稻米品质评价特有的核心指标，主要包括糙米率、精米率和整精米率等，而整精米率最终决定了水稻产量和粮食生产的社会经济效益。稻米加工品质的三个指标均为数量性状遗传方式，由多基因共同调控并且极易受到环境条件的影响。目前，稻米加工品质研究基本处于探索阶段，其遗传育种改良也鲜有报道。

近日，国际植物生物技术领域高影响力杂志Plant Biotechnology Journal在线发表了中国水稻研究所和华中农业大学合作发表题为“The elite eating quality alleles Wxb and ALKb are regulated by OsDOF18 and coordinately improve head rice yield”的研究论文。

本研究报道了控制稻米加工品质两个主要数量性状位点qMq-1和qMq-2，分别代表编码颗粒型结合淀粉合成酶I(GBSSI)的Wxlv/Wxb 和编码可溶性淀粉合成酶IIa(SSIIa)的ALKc/ALKb 等位基因变异。利用籼稻和粳稻遗传背景开展的转基因互补实验，阐明了Wxlv和ALKc协同控制稻米整精米率（图1）。

图1 Wxlv和ALKc协同调控稻米加工品质

通过在Zhong 2B (ZB)遗传背景构建了三个近等基因系NIL-Wxlv，NIL-ALKc和NIL-Wxlv-ALKc，其分别表示在ZB 背景下包含Wxlv，ALKc和 Wxlv-ALKc基因片段。研究结果表明Wxlv和ALKc通过协同影响直链/支链淀粉含量组成、淀粉粒大小、籽粒充实度和硬度，最终调控稻米整精米率 (图2)。

图2 Wxb和ALKb是稻米加工品质形成优异单倍型组合

酵母单杂实验、转录激活实验和DNA凝胶阻滞实验等证明OsDOF18可以直接结合Wx和ALK启动子并调控其表达。与野生型Zhong 2B相比，基因敲除突变体cr-osdof18-1和cr-osdof18-2糙米率、精米率和整精米率显著降低。此外，OsDOF18、Wx和ALK在种子灌浆过程中表现出相同的表达模式。因此， OsDOF18、Wx和ALK之间形成的相互调控关系阐明了一种稻米加工品质形成新机制（图3）。

图3 OsDOF18调控Wx和ALK的表达影响稻米加工品质

此外，驯化研究鉴定到八种Wx和ALK单倍型组合并存在典型的籼粳分化，其中优异食味等位基因组合Wxb/ALKb（单倍型H5）表现出更高的整精米率，媲美于短粒型粳稻品质（单倍型H8）的稻米加工品质，这将为培育同时兼顾好吃和高整精米水稻新品种提供重要基因信息（图4）。

图4稻米加工品质形成工作模式图

中国水稻研究所胡培松院士、唐绍清研究员、邵高能副研究员和华中农业大学林拥军教授为该论文的共同通讯作者，博士研究生祝毛迪和刘永强为该论文的共同第一作者。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和浙江省自然科学基金等项目的资助。

文章链接：

http://doi.org/10.1111/pbi.14288

转自：“iPlants”微信公众号

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