淀粉不夠，蛋白來湊：另辟蹊徑“做”好米飯

　　新時代“干飯人”對米飯的需求逐漸由吃飽向吃好發生了變化。如何才能讓“干飯人”吃到更“好”的稻米，其中蘊藏著很多學問。

　　近日，揚州大學農學院教授嚴長杰團隊在國際期刊《植物學報》（Journal of Integrative Plant Biology）在線發表了研究論文。該研究首次提出了一種可快速改良稻米品質的新策略，即利用基因編輯技術調控稻米中蛋白質含量，從而達到改良稻米食味品質的目的。這將為解決稻米蒸煮食味品質改良這一難題提供重要理論依據。

　　蛋白質含量過高影響“好稻米”生成

　　好稻米什么樣？很多人可能會說色香味俱佳、口感軟硬適中。

　　論文共同通訊作者嚴長杰告訴《中國科學報》，稻米品質的評價指標包括五個方面，即外觀品質、加工品質、蒸煮食味品質、營養品質和功能性品質。

　　目前育種實踐中，稻米食味品質的改良主要是利用蠟質基因Wx的不同等位變異來培育具有不同直鏈淀粉含量的水稻品種，以適應不同消費群體的需求。盡管圍繞淀粉的稻米品質改良已取得了較大進展，現有稻米的品質依然滿足不了國內消費者的多樣化需求。

　　因此，作為稻米中僅次于淀粉的第二大貯藏物質——蛋白質走進了團隊的研究視線。他們發現，稻米中蛋白質的含量及組成同樣嚴重影響稻米各項品質性狀，特別是蒸煮食味品質。

　　為探究稻米蛋白質與食味品質的真正關系，團隊成員進一步對80份生育期接近且經重測序的粳稻品種進行了精米總蛋白質含量、四種組分蛋白含量以及蒸煮后的米飯食味值的測定。

　　“結果證實，稻米蛋白質含量越高，食味品質越差，兩者呈極顯著負相關。”嚴長杰解釋，“此外，谷蛋白含量與總蛋白質含量呈顯著正相關，與食味值呈顯著負相關。”

　　因此，是否可以通過降低谷蛋白含量來降低總蛋白質含量從而最終增加米飯食味值？基于此設想，團隊開展了深入研究。

　　調控谷蛋白含量 改良稻米食味品質

　　眾所周知，稻米中的蛋白質含量極易受環境因素影響，且遺傳控制系統復雜。迄今為止，生產實踐中幾乎沒有有效的方法來調控稻米蛋白質含量以改良食味品質。

　　那么，能否找到調控稻米蛋白質含量的關鍵基因呢？

　　團隊多位研究人員承擔了前期的基因鑒定任務。論文第一作者、揚州大學農學院講師楊宜豪介紹，目前團隊已成功克隆了一個控制稻米蛋白質含量的關鍵基因—— qGPC-10，該基因編碼谷蛋白基因家族成員OsGluA2，可以調控影響胚乳中谷蛋白含量的積累，是影響秈粳亞種蛋白質含量差異的關鍵基因。

　　基于此，團隊嘗試通過降低谷蛋白合成基因的表達來有效降低稻米谷蛋白和總蛋白含量，并通過選擇8個高表達的谷蛋白合成基因來進行基因編輯。

　　“通過對上千株材料進行篩選，最終獲得7種不同組合的突變體。通過對突變體材料進行組分蛋白測定，證明了突變體的稻米蛋白質含量均發生不同程度的適度下調，且下調幅度與敲除基因個數、基因本身內源表達的高低相關。”楊宜豪向《中國科學報》記者介紹。

　　楊宜豪說，他們的研究證實了谷蛋白合成基因的表達對稻米蛋白含量以及米飯食味值具有極其重要影響，為稻米食味品質的改良提供了新策略。

　　為選育高品質稻米種質帶來希望

　　人們對稻米的多樣化新需求對水稻品種選育提出了新課題，而種質資源是培育好種子的第一步。

　　已有研究表明，稻米蛋白質含量的降低會影響種子外觀表現、種子萌發和幼苗生長以及其他貯藏物質含量。那么，該研究中得到的新種質資源是否也會產生這樣的“副作用”呢？

　　楊宜豪介紹，該團隊在揚州、海南等多地進行田間試驗，發現采用這種快速改良稻米品質的新方式，不會對稻米中其他貯藏物質有負面影響，同時米飯的硬度、外觀和食味值均顯著上調。同時，突變體植株農藝性狀、稻米外觀表現、籽粒發芽率和幼苗建成均不受影響，使其具有廣泛應用潛力和發展前景。

　　“迄今為止，生產實踐中幾乎沒有有效的方法來調控稻米蛋白質含量以改良稻米食味品質。”澳大利亞昆士蘭大學教授吉爾伯特對此研究給予了高度認可。他認為，這項研究證明，通過降低稻米中蛋白質含量來改良稻米品質是可行的，是中國水稻研究成果又一項重要發現，為培育更高品質的水稻品種提供了重要的基因資源，為糧食安全提供科技支撐。

　　該研究得到了國家自然科學基金、江蘇省自然科學基金等項目的資助。

　　相關論文信息：https://doi.org/10.1111/jipb.13334