植物所等闡明水稻胚乳中清蛋白積累的分子機制

　　禾本科植物胚乳累積的淀粉和貯藏蛋白是人類重要的食物來源。根據在不同溶劑中的溶解度不同，水稻胚乳貯藏蛋白可分為谷蛋白、醇溶蛋白、清蛋白和球蛋白。其中清蛋白是水稻胚乳中豐富的水溶性蛋白，也是主要的致敏蛋白，人們對其積累調控機制尚不清楚。此前研究結果表明水稻胚乳特異性表達的轉錄因子NAC20和NAC26發生突變會導致胚乳淀粉和貯藏蛋白積累減少，呈現粉質胚乳表型。 

　　中國科學院植物研究所研究員劉春明團隊等發現水稻品種中花11的NAC20/NAC26雙敲除突變體nac20/26-3胚乳中醇溶蛋白累積略有減少，而16 kD清蛋白的累積幾乎消失。質譜分析結果表明由Alb1、Alb2、Alb3、Alb4編碼的四種清蛋白豐度在nac20/26-3突變體中急劇降低。qRT-PCR分析顯示，突變體胚乳所有編碼清蛋白合成的五個基因Alb1-5的表達均大幅度降低。進一步實驗證明NAC20/26轉錄因子是通過與Alb1-5啟動子區域的ACG保守基序結合激活胚乳中清蛋白表達，從而激活水稻胚乳清蛋白累積，其中NAC26的激活作用比NAC20更有效，這一活性差別是因為其中間區段的序列差異導致的。通過酵母雙雜交試驗，研究人員鑒定到與NAC20/26互作的水稻醇溶蛋白結合因子RPBF，并利用基因編輯技術獲得了兩個獨立的突變體rpbf-1和rpbf-2，這兩個突變體籽粒皺縮，胚乳中包括清蛋白在內的多種貯藏蛋白含量均有部分降低，在rpbf突變體胚乳中Alb的表達量顯著降低，RPBF不能直接編碼結合清蛋白基因的啟動子，但是能夠與NAC20/26互作增強NAC20/26對16 kD清蛋白基因表達的激活活性，間接控制水稻胚乳中清蛋白的積累。這一研究解析了水稻胚乳中清蛋白累積的分子調控機理，為在育種過程中調控清蛋白含量奠定了基礎，也可能為大米消費者應對過敏原問題提供解決方案。 

　　相關研究成果于近日在線發表在Plant Biotechnology Journal上。研究工作得到國家重點研發計劃、中科院創新工程和國家自然科學基金委項目的支持。