水稻糊粉層的研究為營養物質改良提供新思路

　　水稻是人類重要糧食來源，水稻的胚乳是其主要的營養物質。三倍體的水稻胚乳是由受精的極核發育而來。灌漿期的水稻胚乳由外向內依次包括糊粉層、亞糊粉層和淀粉胚乳三部分。成熟胚乳的糊粉層為活細胞，淀粉胚乳為死細胞，位于二者之間的亞糊粉層細胞作為一種過渡細胞類型在發育早期既累積淀粉也累積蛋白質，在胚乳發育后期分化為淀粉胚乳。盡管糊粉層和淀粉胚乳細胞具有相同的發育起源，但它們的細胞學形態、基因表達、營養物質組成和細胞命運卻有較大差異，其分子機理尚不清楚。

　　中國科學院植物研究所研究員劉春明研究組在此前研究中，利用半粒種子篩選方法獲得兩個糊粉層增厚的水稻品系ta1和ta2，對ta1品系進行進一步研究，發現ta1的糊粉層厚度約為野生型的2倍，且增加的糊粉層由亞糊粉層細胞發育而來。圖位克隆結果表明，ta1糊粉層加厚的表型是由OsmtSSB1基因突變引起。該基因編碼一個定位于線粒體的單鏈DNA結合蛋白，在穎果的糊粉層、亞糊粉層和胚胎中高表達，而在淀粉胚乳中不表達。研究通過實驗發現OsmtSSB1-GFP定位于線粒體，具有特異的單鏈DNA結合活性。OsmtSSB1蛋白可分別與線粒體重組酶RECA3和DNA解旋酶TWINKLE互作。在野生型植物中，用RNA干擾的技術降低RECA3或TWINKLE的表達可以模擬ta1糊粉層加厚表型。此外，ta1糊粉層細胞線粒體的異常DNA重組增加，電子傳遞鏈復合體I的含量及其NADH脫氫酶活性降低，導致胚乳中線粒體形態異常和ATP含量降低。

　　由此推測，OsmtSSB1可能是通過與RECA3和TWINKLE相互作用，抑制水稻糊粉層細胞線粒體基因組DNA異常重組，維持線粒體有效的能量供應。而有效的能量供給是亞糊粉層細胞分化為淀粉胚乳細胞所必需的。科研人員通過多年的分子輔助育種工作，將ta1糊粉層加厚性狀導入到紫米品種紫香糯1306，并由此選育出糊粉層加厚、營養品質大幅度提高的紫米新品種（中紫1號）。該研究提升了對胚乳細胞分化機理的了解，也為禾谷類作物營養品質改良提高提供了新思路。

　　5月17日，相關研究成果在線發表在Molecular Plant上。植物所博士研究生李東起為論文第一作者，劉春明為論文通訊作者。研究工作得到中科院戰略性先導科技專項（A類）、北京市科學技術委員會及科技部等的資助。該研究與山東農科院研究員張士永團隊合作完成，

　　OsmtSSB1調控水稻亞糊粉層細胞命運的分子機制。AL：糊粉層；SAL：亞糊粉層；SE：淀粉胚乳