具有更高谷物蛋白消化率的转基因高粱：gKAF1 RNAi基因构建体的拷贝数遗传及其对农艺重要性状的影响

《Euphytica》：Transgenic sorghum with improved grain protein digestibility: copy number inheritance of the gKAF1 RNAi genetic construct, and its effects on agronomically important traits

　　

摘要

RNA干扰技术是一种关键的基因工程工具，能够调控参与多种代谢过程的基因，包括种子储存蛋白的合成。这种技术对于高产耐旱的谷物作物——高粱尤为重要，因为高粱的籽粒储存蛋白（kafirins）具有抗蛋白酶分解的特性。为了抑制商业谷物品种Avans中的γ-kafirin合成，我们获得了一种携带γ-kafirin基因（gKAF1）沉默构建体的转基因植物。本文介绍了通过原始T₀植物自花授粉生成的株系中引入基因构建体拷贝数遗传情况的分析结果，以及RNAi基因构建体对γ-kafirin mRNA水平、籽粒蛋白质含量和蛋白质消化率的影响，还有这些性状在几代（T₃-T₆）中的表现。qPCR结果显示，在早期世代（T₂, T₃）的植株中，该构建体的拷贝数从一个到三个不等（2–5种单倍型）；具有2个或3个该构建体拷贝的植株自花授粉后，其后代的拷贝数降至1–2个。实时RT-PCR检测发现，含有RNAi构建体的植株中的γ-kafirin mRNA水平比对照品种Avans降低了140倍，而仅一个拷贝就足以几乎完全降解γ-kafirin mRNA。所有研究样本的植株都表现出较高的体外籽粒蛋白质消化率（高达88–92%）和更高的籽粒蛋白质含量（提高了1.2–1.6%），显著优于对照品种Avans。通过对三个生长季节的重要农艺性状进行分析，发现所有株系在植株高度、1000粒籽粒质量、每穗籽粒质量和每行籽粒产量方面都与原始品种存在差异。尽管如此，由于含有gKAF1 RNAi构建体的植株蛋白质含量和消化率更高，其单位种植面积可产生的可消化蛋白质比对照品种多出22–60%。因此，虽然RNAi处理导致植株高度和总籽粒产量略有下降，但整体营养价值显著提高。