基于启动子编辑策略实现水稻高抗性淀粉含量与表观直链淀粉含量的协同优化

《Rice》：Promoter Editing of Starch Branching Enzyme IIb and Granule-Bound Starch Synthase I Balances Resistant Starch Content and Amylose Content in Rice

摘要

富含淀粉的食品产品中抗性淀粉含量（RSC）是衡量其血糖指数（GI）的重要指标。高RSC食品具有低GI特性，有益于人类健康。近年来，一些研究表明，稻米——约占全球人口一半的主食作物——在淀粉合成的初级途径中，单个或多个关键酶的功能缺失可显著增加RSC。然而，这些高RSC突变体具有一个显著的不利特征，即表观直链淀粉含量（AAC）大幅升高。AAC作为决定米饭口感品质的重要因素，对于大多数消费者而言不能超过可接受的上限。迄今为止，关于优化高RSC稻米AAC或口感品质的研究报道甚少。为解决这一问题，本研究采用了两种启动子编辑（PE）策略，旨在培育RSC与AAC之间平衡更好的水稻种质：一种是在低AAC稻米品种中编辑BEIIb基因的启动子，另一种是在BEIIb功能缺陷突变体中编辑蜡质（Wx）基因的启动子。以中国优质稻米范围AAC ≤ 20%为标准，通过编辑BEIIb启动子，最终在NG46背景下获得了两条RSC显著增加（≥ 5%）的纯合系；通过编辑Wx基因启动子，在YT2背景下获得了一条纯合系。进一步分析表明，在BEIIb PE系群体中，支链淀粉长链分支的比例与RSC的正相关性比AAC更强，即使考虑野生型数据也是如此。此外，出人意料的是，一条Wx PE系虽然AAC大幅降低（17.7%），但支链淀粉长链比例增加，也表现出RSC显著增加（16.9%）。这些数据表明，在稻米中，与AAC相比，支链淀粉长链对RSC更为关键。本研究不仅为未来高RSC稻米育种提供了有用的种质，也为理解缺陷型BEIIb稻米中淀粉分子结构与RSC之间的关系提供了新的见解。