水稻(Oryza stativa)是世界上最重要的粮食作物之一.淀粉作为稻米中最主要的营养物质,其含量约占稻米干重的75%以上,是稻米产量和品质形成的关键决定因素.在水稻胚乳中,淀粉主要以复合淀粉粒(Starch grain, SG)形式存在,而SG则由数十个互不融合的淀粉颗粒(Starch granule)构成.迄今为止,人们对水稻复合淀粉粒的生物发生机制知之甚少.

近日,万建民院士领衔的南京农业大学和中国农业科学院作物科学研究所的科研团队合作在国际著名学术期刊Plant Biotechnology Journal 在线发表了题为“SUBSTANDRAD STARCH GRAIN7 regulates starch grain size and endosperm development in rice ”的研究论文,阐明了SUBSTANDRAD STARCH GRAIN7(SSG7)蛋白调控水稻胚乳淀粉粒生物发生和胚乳发育的分子机制.

科研团队从优质粳稻品种W017的化学诱变突变体库中,鉴定到一个粉质胚乳突变体ssg7.与野生型相比,ssg7突变体胚乳中的SG显著变大,其内部的淀粉颗粒明显增多,暗示SSG7基因可能参与SG的生物发生.图位克隆结合遗传实验证实SSG7编码一个植物特有的拟南芥CRUMPLED LEAF(AtCRL)同源蛋白.亚细胞定位分析表明,SSG7定位于胚乳细胞中的SG膜上.ssg7所表现的淀粉粒生物发生和胚乳发育的缺陷表型,与已报道的水稻ssg4和ssg6突变体相似(Plant Physiol, 2014, 2016).进一步的生化实验发现,SSG4、SSG6和SSG7可以形成蛋白复合物,并与TOC转运复合体存在物理互作.遗传证据表明,SSG4和SSG7可以协同调控SG发育.有趣的是,SSG6过表达能够恢复ssg7功能缺失造成的淀粉粒发育缺陷,暗示SSG4和SSG6可能存在部分功能冗余.

综上,该研究鉴定了一个新的调节淀粉粒发育的关键因子SSG7,首次从分子层面揭示了SSG4-SSG6-SSG7分子模块调节水稻胚乳复合淀粉粒生物发生和胚乳发育的分子机制.该研究对全面阐释淀粉生物合成分子调控网络和稻米品质的遗传改良提供了重要的理论依据和基因资源.

南京农业大学燕海刚博士、中国农业科学院作物科学研究所任玉龙研究员和张冰蕾博士为论文的共同第一作者,万建民院士、南京农业大学张文伟副教授和王益华教授为本文的共同通讯作者.本研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和中国农业科学院科技创新工程等项目的资助.

文章来源：植物生物技术Pbj