科技创新进展：基因编辑创制香味改良三系杂交水稻
近日，我所水稻品质遗传改良创新团队在Plant Biotechnology Journal期刊上发表了题为“Production of aromatic three-line hybrid rice using novel alleles of BADH2”的研究论文，该研究通过CRISPR/Cas9基因编辑技术创制新型BADH2等位基因系，对三系杂交稻的香味改良进行了大胆实践，为三系杂交稻香味性状改良提供了新思路。
稻米香气是影响稻米市场价格的重要品质性状。高品质香米“高需求”与“低供给”的产业现状，促使水稻育种家加大了开发新的高产香稻品种力度，以满足消费者日益增长的高品质香米需求。传统育种技术用于芳香基因导入或芳香等位基因型的选育往往耗时费力，效率较低。随着植物生物技术的进步，基因组编辑技术加快了水稻品种香味改良进程。
研究表明，2-乙酰-1-吡咯啉（2-AP）是促成水稻爆米花样香气的主要化合物，该香味性状由甜菜碱醛脱氢酶2(OsBADH2)编码基因控制。研究团队首先利用CRISPR/Cas9基因编辑技术，在粳稻宁粳1号(NJ1)和籼稻黄华占(HHZ)遗传背景下，创制了BADH2新的等位基因系。结合感官评价、顶空固相微萃取气相色谱-质谱联用(HS-SPME-GC-MS)技术内外标法测定等，对香味物质及2-AP进行定量分析，结果表明，4个剔除转基因成分的T1纯合BADH2等位基因系 (nj1-crBADH2-1, nj1-crBADH2-2，hhz-crBADH2-1和hhz-crBADH2-2)的香气适中，2-AP含量显著增加。成熟籽粒挥发物质非靶向分析也证实，2-AP是BADH2等位基因系与对应野生型中差异最显著的挥发物质，随后研究团队对四个等位基因系进行了全面的农艺性状、米质性状考察。
在此基础上，研究人员将2个HHZ背景BADH2新等位基因系与香型三系不育系桃农1A (TN1A)进行杂交，获得了具有较高籽粒香气的三系杂交品种B-桃优香占(BTYXZ)。HS-SPME-GC-MS测定表明，改良的BTYXZ-1和BTYXZ-2籽粒中2-AP含量显著增加。同时团队也对BTYXZ进行了全面的稻米理化性质评估、米饭质地以及食味评价，结果表明BTYXZ的胶粘度相比原品种有所增加，米饭质地变软，但综合食味评分未发生显著变化。最后，研究团队利用高效液相色谱（HPLC）技术对改良的BTYXZ与原品种TYXZ籽粒中γ-氨基丁酸（GABA）进行测定，并分析了GABA与2-AP的相关性，为富含GABA的优质香型功能稻米研发提供了数据支撑和理论参考。
三系杂交稻由于存在严格的恢保关系，在改良过程中往往牵一发而动全身，育种周期漫长。通过对三系杂交稻父本HHZ的香味改良，成功改良了三系杂交稻“桃优香占”香味性状。该研究是利用基因编辑技术改良杂交稻亲本材料，并在三系杂交稻香味品质改良中的首次尝试。
该研究得到国家自然科学基金、国家科技重大专项、浙江省重点研发计划、中国农业科学院创新工程和中国水稻研究所重点研发项目等资助。优质稻育种课题组研究生惠索祯、黎慧娟和Amos Musyoki Mawia为共同第一作者，胡培松院士为通讯作者，胡时开副研究员和魏祥进研究员为共同通讯作者。
原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.13695