胡培松院士团队构建大规模水稻胚乳淀粉生物合成基因调控网络
近日，胡培松院士团队在Plant Biotechnology Journal期刊在线发表了“A large-scale gene regulatory network for rice endosperm starch biosynthesis and its application in genetic improvement of rice quality”的研究论文。该研究利用一种简单、高效的DNA pull down & LC-MS技术，系统地鉴定了与水稻胚乳淀粉生物合成系列关键酶基因（SSEGs）启动子结合的转录因子（TFs）。首次构建了由277个TFs与15个SSEGs组成的包含了375对TF-SSEGs互作的大规模的水稻胚乳淀粉合成基因调控网络，为解析水稻胚乳淀粉合成调控机理和稻米品质遗传改良提供了大量的基因资源。
淀粉是水稻胚乳的主要成分，约占干重的80-85%，淀粉的组成与精细结构很大程度上决定了稻米的外观、蒸煮食味等品质。淀粉生物合成是一个由多个关键的酶精确协同作用的复杂过程，在水稻胚乳中高表达的淀粉合成关键酶基因（SSEGs）主要有OsAGPL1、OsAGPL2、OsAGPS1、OsAGPS2、OsGBSSⅠ、OsSSⅠ、OsSSⅡa、OsSSⅢa、OsBEⅠ、OsBEⅡb、OsISA1、OsISA2、OsISA3、OsPUL、OsPHOL等15个基因。本研究利用DNA pull down & LC-MS技术筛选到了大量的结合这15个SSEGs启动子的转录因子，构建了一个大规模的水稻胚乳淀粉生物合成基因调控网络，并利用该网络信息，成功鉴定了一个调控水稻胚乳淀粉合成的关键转录因子OsERF44，发现了ABA信号“ABA-OsABI5-OsERF44-SSEGs”调控水稻胚乳淀粉合成的新的分子通路；此外，本研究通过对结合Waxy的5个转录因子在粳稻日本晴背景下进行基因编辑，可以快速地改良了水稻的蒸煮食味品质，并创制了新的优异软米种质。总之，本研究新创建的水稻胚乳淀粉生物合成基因调控网络在稻米品质分子机理及遗传改良研究中显示出重要的理论与实践价值。
图1：利用DNA pull down & LC-MS技术构建大规模的水稻胚乳淀粉生物合成基因调控网络
图2：“ABA-OsABI5-OsERF44-SSEGs”通路调节水稻胚乳淀粉合成并影响稻米品质与产量
该研究获得国家自然科学基金项目和中国农业科学院科技创新工程等项目的资助。中国水稻研究所水稻品质遗传改良创新团队博士后黄坤勇、鲁菲菲和已毕业硕士研究生陈鹏飞为共同第一作者。胡培松院士、水稻耐逆研究课题组魏祥进研究员为共同通讯作者。
文章链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/pbi.70079