中國熱科院在基因編輯創(chuàng)制新型淀粉木薯種質(zhì)方面取得重要進(jìn)展

　　近日，中國熱科院熱帶生物技術(shù)研究所木薯轉(zhuǎn)基因與基因編輯團(tuán)隊(duì)在木薯淀粉品質(zhì)改良研究方面取得重要進(jìn)展。研究利用CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)成功編輯了我國木薯主栽品種SC8的MeMinD基因，揭示了該基因在調(diào)控木薯淀粉體大小和淀粉顆粒形態(tài)方面具有關(guān)鍵作用。

 

　　木薯是熱帶和亞熱帶地區(qū)重要的經(jīng)濟(jì)作物，其塊根富含淀粉，是全球近10億人口重要的食物來源。淀粉體是植物貯藏器官淀粉合成和積累的場所，其分裂和大小可影響淀粉顆粒的形態(tài)和結(jié)構(gòu)。然而，淀粉體的分裂對木薯塊根淀粉積累的影響還有待進(jìn)一步解析。

 

　　研究團(tuán)隊(duì)以木薯品種SC8為材料，通過CRISPR/Cas9技術(shù)創(chuàng)制了MeMinD基因功能缺失突變體。與野生型相比，memind突變體的淀粉體顯著增大，淀粉體內(nèi)積累的淀粉顆粒數(shù)量增多（圖1），顆粒大小分布范圍更廣（圖2）。此外，MeMinD基因的失功能觸發(fā)了淀粉合成相關(guān)基因表達(dá)發(fā)生重編程，影響了淀粉的精細(xì)結(jié)構(gòu)。memind突變體支鏈淀粉鏈的短鏈占比顯著降低，中等和較長鏈比例增加，導(dǎo)致直鏈淀粉含量提高16%。淀粉顆粒形態(tài)和精細(xì)結(jié)構(gòu)的變化，導(dǎo)致memind突變體木薯淀粉的糊化特性發(fā)生顯著變化，如糊化起始溫度、峰值溫度和結(jié)束溫度均顯著提高，以及糊化的峰值粘度、熱糊粘度和最終粘度均顯著提高。以上結(jié)果表明，該團(tuán)隊(duì)通過基因編輯敲除MeMinD基因，創(chuàng)制了新型淀粉木薯新種質(zhì)。

 

　　相關(guān)研究成果以“Mutation of MeMinD increased amyloplast size with a changed starch granule morphologenesis and structures in cassava storage roots”為題發(fā)表于《Carbohydrate Polymers》。中國熱科院生物所/三亞研究院陸小花博士后和王亞杰助理研究員為共同第一作者。中國熱科院生物所/三亞研究院姚遠(yuǎn)副研究員、郭建春研究員、劉姣副研究員為共同通訊作者。該研究得到熱帶作物生物育種全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室科研項(xiàng)目、中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)、國家木薯產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系、海南省種業(yè)實(shí)驗(yàn)室揭榜掛帥項(xiàng)目等項(xiàng)目的資助。

 

　　論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S014486172401110X