随着全球温度不断升高,维持适应较低温度的粮食作物质量和产量将越来越具有挑战性。
已知在成熟阶段夜间温度升高会影响水稻品质的作物之一是水稻,它会表现出一种称为“垩白化”的状况,这是由高温胁迫引起的。垩白是指糯米颗粒较松散,淀粉浓度降低所致。这可能会导致脱壳率下降、蒸煮质量下降和整体市场价值下降。
阿肯色大学和阿肯色大学农业系统分部的研究人员在《植物学报》发表的一篇论文中提出了解决高温诱导和遗传垩白化的方法。该论文“靶向诱变液泡H+转运无机焦磷酸酶基因可减少水稻粒垩白率”,详细阐述了该团队如何通过基因编辑减少一株日本晴稻的垩白率。
使用CRISPR技术,阿肯色州的研究人员通过抑制在低质量水稻发育中起重要作用的基因,减少了水稻垩白率
研究人员特别针对编码液泡H+转运无机焦磷酸酶(V-PPase)的基因,这是一种已知可增加糯米垩白率的酶。使用CRISPR-Cas9基因编辑技术,该团队能够通过编辑启动子元素来减少其表达量。
诱变水稻系显示垩白率降低了7-15倍,具体取决于水稻品种,同时谷物重量增加。即使在夜间温度升高的条件下,结果也保持不变。总体上,诱变系表现出淀粉颗粒更紧密排列和形成透明(而非垩白)稻谷,显示出水稻品质的明显改善。
论文第一作者彼得·詹姆斯·伊卡利亚·甘恩(Fulbright学者,细胞和分子生物学项目)和合著者维布哈·斯里瓦斯塔瓦(作物、土壤和环境科学系教授,阿肯色大学和阿肯色大学农业系统分部联合任命)因此进程的新颖性申请了临时专利。
甘恩说:“如果我们要在这个星球上维持生命,确定解决随温度升高而出现的粮食系统问题的方法就非常重要。我们非常兴奋地分享我们的研究结果,这利用基因编辑技术提高了水稻品质,即使在高温胁迫下也能保持稳定。”
参考文献:
Peter James Icalia Gann et al, Targeted mutagenesis of the vacuolar H+ translocating pyrophosphatase gene reduces grain chalkiness in rice, The Plant Journal (2023). DOI: 10.1111/tpj.16317
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1111/tpj.16317
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