水稻垩白粒形成机制解析：RNA-seq揭示OsAFB3和OsAFB5通过IAA信号通路调控籽粒品质

为解决水稻垩白粒严重影响产量和品质的难题，研究人员通过RNA-seq分析高/低垩白品种HK300与ZR24D，发现转录调控、淀粉代谢和IAA信号通路（含13个海藻糖途径基因）关键作用，并首次验证IAA受体OsAFB3/OsAFB5负调控垩白形成。该研究为水稻品质改良提供了新靶点和理论依据。

　　

论文解读

水稻作为全球半数人口的主粮，其品质改良是育种领域的核心课题。然而，垩白粒——胚乳中不透明的白色部分——会显著降低稻米的外观、加工和食味品质。尽管近年来产量提升显著，但垩白形成的分子机制仍不明确，尤其是植物激素信号如何参与这一过程尚属空白。更棘手的是，随着消费升级，市场对优质稻米的需求日益增长，而现有高产品种（如HK300）垩白率高达98.4%，严重制约其应用价值。

为破解这一难题，湖北省农业科学院粮食作物研究所联合多家机构，选取极端表型材料HK300（高垩白）和ZR24D（低垩白），通过多组学分析和基因功能验证，系统解析了垩白形成的分子机制。研究发现，淀粉代谢紊乱与IAA信号通路异常是导致HK300品质缺陷的关键因素，并首次证实IAA受体蛋白OsAFB3和OsAFB5是调控垩白的核心靶点。这项发表于《Rice》的研究，为分子设计育种提供了全新思路。

关键技术方法
研究团队采用RNA-seq对5/7/10天灌浆期籽粒进行转录组分析，结合qRT-PCR验证差异基因；构建F₂群体筛选高低垩白池验证基因表达趋势；利用CRISPR/Cas9技术敲除OsAFB3/OsAFB5；通过水稻原生质体系统进行亚细胞定位；基于AlphaFold Multimer预测蛋白互作网络。

研究结果

垩白表型与淀粉特性差异
表型分析显示，HK300虽具大粒优势（千粒重50.39g），但垩白率（98.4%）显著高于ZR24D（8.4%）。扫描电镜发现HK300淀粉颗粒（SG）排列松散且含气隙，而ZR24D SG紧密规整。组分测定揭示HK300直链淀粉含量降低、支链淀粉升高，且谷蛋白异常积累，暗示淀粉合成与储存物质分配失衡。

转录组揭示核心调控网络
RNA-seq鉴定出8300个差异表达基因（DEG），富集分析突出三大通路：

1. 转录调控：991个转录因子（TF）差异表达，包括调控胚乳发育的MADS-box家族（如OsMADS32下调）；
2. 淀粉代谢：蔗糖合成酶（SUS）、颗粒结合淀粉合成酶（GBSSI）等关键酶表达紊乱；
3. 海藻糖途径：13个TPS/TPP基因（如OsTPS2上调）异常表达，可能通过T6P-SnRK1通路影响淀粉合成。

IAA信号通路的核心作用
激素通路中，IAA相关DEG占比最高（58/115）。其中受体基因OsAFB3/OsAFB5在HK300中显著下调。基因敲除实验证实，osafb3/osafb5突变体垩白率超54%，SG结构松散，且直链淀粉含量降低。亚细胞定位显示OsAFB5定位于细胞核，OsAFB3分布于叶绿体，二者可能通过不同Aux/IAA蛋白（如OsIAA4/26）调控下游靶基因。

讨论与意义
该研究首次建立IAA信号与垩白形成的直接联系：IAA受体OsAFB3/OsAFB5通过调控储存物质分配（如直链/支链淀粉比例）和SG排列影响垩白度。这一发现突破了传统认知中仅关注淀粉代谢酶的局限，为品质改良提供了新靶点。

实践层面，研究提出的"源-库-流"协调理论（HK300大库容但物质转运效率低）为育种策略指明方向：在保持大粒特性的同时，可通过增强OsAFB3/OsAFB5表达或优化海藻糖通路来降低垩白。此外，鉴定的13个TPS/TPP基因为抗逆高产育种提供了潜在靶标。

这项研究不仅系统解析了垩白形成的多层次调控网络，更开创性地将植物激素信号与谷物品质关联，为水稻及其他禾本科作物的品质改良奠定了理论基础。未来研究可进一步探索OsAFB3/OsAFB5与淀粉合成酶的互作机制，以及T6P动态变化对灌浆的影响。