李家洋院士PNAS揭示水稻质量机制

　　

中国科学院遗传与发育生物学研究所李家洋院士领衔的研究团队在最新一期的PNAS上发表稻米遗传学研究新进展文章Allelic diversities in rice starch biosynthesis lead to a diverse array of rice eating and cooking qualities，揭示了高品质稻米的遗传学特征。

 

全球约有半数的人以稻米为口粮，提高稻米的食用口感是科学家们的努力方向之一。稻米的食用和烹调质量主要由以下3个方面决定，直链淀粉含量（AC）、胶稠度（GC）与糊化温度（GT）。然而，决定稻米上述3个特征的遗传机制却不明晰。

 

据新华网消息，在历时７年的研究中，研究人员利用候选基因关联分析法和分子遗传学发现了１８个与稻米淀粉合成相关基因的相互作用，以及由此构成的调控稻米食用和蒸煮品质的精细网络，从而在分子水平上揭示了直链淀粉含量（AC）、胶稠度（GC）与糊化温度（GT）的相关性、决定这３个性状的主效基因和微效基因及它们之间的作用关系。研究人员还进一步通过转基因实验证实了他们的发现。

 

这项研究表明，可以通过转基因工程或分子标记辅助育种技术同时改变稻米的３个品质性

状，实现在高产基础上的优质水稻品种的选育。

（生物通 小茜）

李家洋

  1982年初获安徽农学院学士学位，1984年获中国科学院遗传研究所硕士学位，1991年获美国布兰代斯大学博士学位，同年进入美国康乃尔大学汤普逊植物研究所从事博士后研究，1994年回中国科学院遗传研究所工作。该研究组的研究方向为高等植物生长发育与代谢的分子遗传学，主要以粮食作物水稻和模式植物拟南芥为材料，研究植物激素（Auxin和Strigolactones）的合成途径与作用机理，并致力于水稻的分子品种设计，培育高产、优质、高抗、高效新品种。具体研究内容包括：

 

1．高等植物株型研究

高等植物株型形成是一个基本的但却是十分复杂的生物学问题，涉及到植物特定器官的形成与发育、生长调节物质的合成与作用机理、基础代谢产物的合成与利用等方面。通过对侧芽形成与伸长突变体的分子遗传学分析，重点阐明侧生分生组织形成的起始信号、侧芽形成的信号转导途径、植物激素对侧芽伸长生长的调控机理、侧芽休眠与生长的分子调控机理；利用分子生物学方法研究植物生长素等植物激素的代谢和分子调控机理及其在植物株型形成中的作用；利用水稻和拟南芥株型突变体，鉴定和克隆调控株型形成的基因，阐明株型形成的分子调控网络。

2. 水稻稻米品质研究

稻米蒸煮品质主要取决于其直链淀粉含量（AC）、胶稠度（GC）与糊化温度（GT）的高低，而它们均受到淀粉合成的影响。该研究组利用关联分析、图位克隆以及转基因等方法对稻米淀粉合成途径进行系统性研究，阐明影响稻米蒸煮品质的分子调控网络。此外，秈稻米在贮存过程中发生褐变，品质降低，这一重要性状主要受水稻酚反应基因控制。对酚反应基因功能的系统深入研究，将有助于培育耐贮存的秈稻新品种。

 

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Allelic diversities in rice starch biosynthesis lead to a diverse array of rice eating and cooking qualities

Zhixi Tiana,1,2, Qian Qianb,1, Qiaoquan Liuc,1, Meixian Yanb, Xinfang Liua, Changjie Yanc, Guifu Liua, Zhenyu Gaob, Shuzhu Tangc, Dali Zengb, Yonghong Wanga, Jianming Yud,3, Minghong Guc,3 and Jiayang Lia,3

+ Author Affiliations

 

aState Key Laboratory of Plant Genomics and National Center for Plant Gene Research, Institute of Genetics and Developmental Biology, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China;

bState Key Laboratory of Rice Biology, China National Rice Research Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Hangzhou 310006, China;

cKey Laboratory of Plant Functional Genomics, Ministry of Education, Yangzhou University, Yangzhou 225009, China; and

dDepartment of Agronomy, Kansas State University, Manhattan, KS 66506

↵2Present address: Department of Agronomy, Purdue University, West Lafayette, IN 47907.

↵1Z.T., Q.Q., and Q.L. contributed equally to this work.

 

Communicated by Longping Yuan, China National Hybrid Rice Research and Development Center, Hunan, China, October 29, 2009 (received for review May 30, 2009)

 

【Abstract】

More than half of the world's population uses rice as a source of carbon intake every day. Improving grain quality is thus essential to rice consumers. The three main properties that determine rice eating and cooking quality—amylose content, gel consistency, and gelatinization temperature—correlate with one another, but the underlying mechanism of these properties remains unclear. Through an association analysis approach, we found that genes related to starch synthesis cooperate with each other to form a fine regulating network that controls the eating and cooking quality and defines the correlation among these three properties. Genetic transformation results verified the association findings and also suggested the possibility of developing elite cultivars through modification with selected major and/or minor starch synthesis-related genes.