水稻籽粒糊粉層厚度調控機制的研究進展

　　近日，中科院植物所劉春明研究員帶領課題組成員對水稻籽粒糊粉層厚度的調控機制進行了研究，并于《美國科學院院報》（PNAS）上發表了研究成果，為水稻及其它禾本科農作物營養品質育種提供了新的理論支持和育種思路，安諾基因為本項研究提供了全基因組甲基化測序（WGBS）的實驗及分析服務，助力OsROS1調控水稻籽粒糊粉層厚度的機制揭示。

　　背景介紹

　　明治維新時期，日本軍隊爆發了一種曾在上層貴族中廣為流傳的“腳氣病”。患者會出現肌肉癱瘓、心臟衰竭等癥狀。現代醫學研究表明，該癥狀的出現，實際是由于長期食用精米，缺乏維生素B1所導致的。由此可發現長期食用精米無法滿足人體對于營養元素的需求。

　　水稻籽粒的可食用部分多數是胚乳，由外部糊粉層和內部淀粉質胚乳組成。淀粉質胚乳在成熟時為死組織，主要積聚淀粉；糊粉層細胞為活組織，主要儲存蛋白質、脂質、維生素和礦物質。保留糊粉層的糙米雖然口感欠佳，卻具有更均衡的營養價值。增加糊粉層營養價值某種程度上也是提高水稻籽粒營養價值的策略之一。近日，中科院植物所劉春明研究員帶領課題組成員對水稻籽粒糊粉層厚度的調控機制進行了研究，具體研究內容趕緊隨小編來看起來~

　　研究成果

　　研究者利用正向遺傳學方法，篩選到具有糊粉層加厚的突變體ta2-1。該突變株籽粒糊粉層與野生型ZH11相比，總蛋白量、脂質、鐵、鋅、鈣、膳食纖維、抗氧化劑、酚類和多種維生素都有顯著提升，而總淀粉和直鏈淀粉量略微下降。利用ta2-1和ZH11進行的遺傳學分析顯示，ta2-1性狀的遺傳具有配子體母體效應。

　　研究者進一步對ta2-1和秈稻（NJ6）后代進行基于圖譜的克隆，以鑒定TA2基因。根據>7,000個F2個體的結果，TA2被定位于一段包含3個基因的46 kb基因組區域。序列分析顯示，ta2-1在Os01g0218032的14號內含子處存在一處G-A突變，產生了一種分子量較大的轉錄本。這個基因編碼的蛋白與擬南芥ROS1（一種去甲基化酶）具有高度的序列一致性，被命名為OsROS1。后續將克隆得到的OsROS1基因分別轉入三個獨立的株系ta2-1中，觀察到ta表型完全補足，表明ta2-1表型是OsROS1基因突變的結果。此外，研究者還鑒定出其它23種OsROS1突變產生的ta2等位基因，其中5個表現出ta表型。

　　鑒于ROS1在擬南芥DNA去甲基化過程中起到的重要作用，研究者認為OsROS1在水稻中可能也有類似功能。基于對ZH11和ta2-1的胚和胚乳DNA進行全基因組甲基化測序（WGBS），研究者分析了基因體、轉座元件（TE）及其側翼區的DNA甲基化修飾情況。在ta2-1胚乳中，CG和CHG的甲基化水平有顯著提高，但CHH甲基化水平變化不顯著，表明OsROS1可能參與胚乳中CG和CHG的去甲基化。

　　研究者對受到DNA甲基化水平變化的影響的基因進行了研究。他們對授粉后9天胚乳中糊粉層分化相關基因的甲基化和表達水平進行了分析，發現其中RISBZ1和RPBF兩個基因的轉錄組起始位點附近存在200 bp以上的高甲基化區域，而其表達水平出現了顯著降低，表明這些基因受到了表觀遺傳水平的直接調控。

　　安諾表觀研究

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