海南大学罗杰组揭示水稻籽粒必需氨基酸积累的调控机制

以下文章来源于Mol Plant植物科学 ，作者Cheng Jin

必需氨基酸（Essential amino acid, EAA）是人体不能合成，只能从食物中获取的一类氨基酸。水稻作为世界上最重要的粮食作物之一，但是稻米中必需氨基酸含量并不能满足人们的膳食需求，水稻必需氨基酸含量同时也是影响稻米营养品质的重要因素。然而，目前水稻籽粒必需氨基酸积累及其自然变异的分子机制仍不清楚。

近日，入驻海南大学三亚南繁研究院、海南省崖州湾种子实验室的代谢生物学罗杰团队在Molecular Plant上在线发表题为“Natural variations of OsAUX5, a target gene of OsWRKY78, control the contents of neutral essential amino acids in rice grains” 的研究论文。该研究利用全基因组关联分析(GWAS)鉴定到控制水稻籽粒多种EAA积累的关键基因OsAUX5，为水稻营养品质改良提供了重要基因资源。

https://doi.org/10.1016/j.molp.2022.12.013

进化树分析显示，OsAUX5属于生长素转运蛋白家族 (AUX/LAX family)的成员。研究表明，OsAUX5编码一个质膜定位的氨基酸转运蛋白，OsAUX5的表达水平与水稻不同品种籽粒中多种EAA（缬氨酸、亮氨酸和苯丙氨酸）含量显著相关 （图 1），且籼稻品种中OsAUX5的表达量要显著高于梗稻品种。

图1 OsAUX5的定位与鉴定

进一步研究显示，OsAUX5主要在根、叶片、穗和节 （包括节I-V和穗节）的维管组织中表达，参与根中中性氨基酸的吸收以及叶片向种子中氨基酸的运输过程 （图2）。

图2 OsAUX5的组织表达模式分析

序列分析显示，大多数梗稻品种OsAUX5启动子区域都包含有一个18 bp的InDel序列插入，导致其上游调控因子OsWRKY78对OsAUX5 的激活能力变弱，进而导致梗稻品种中OsAUX5的表达量较低（图3）。作者对籼稻和梗稻OsAUX5等位基因（两个不同等位基因型）的分布和来源进行分析，发现粳稻的OsAUX5等位基因型来源野生稻（Or-III），而籼稻的OsAUX5等位基因型来自野生稻（Or-I），进一研究显示梗稻中的OsAUX5等位基因型受到了选择（图3）。将籼稻品种的OsAUX5等位基因引入粳稻品种中可以显著增加粳稻籽粒中EAA含量，同时不影响其它农艺性状表型。

图3. OsWRKY78-OsAUX5调控水稻籽粒EAA积累的模式图

综上所述，该研究鉴定到控制水稻籽粒EAA积累的关键基因OsAUX5，解揭示了OsWRKY78-OsAUX5调控水稻籽粒EAA积累的分子机制，为设计富含高EAA的水稻品种培育提供可能性。

海南大学热带作物学院施宇恒、张园园和孙阳阳博士为论文的共同第一作者，金成研究员和罗杰教授为论文的共同通讯作者。华中农业大学陈伟教授和德国马普研究所Alisdair R. Fernie教授也参与了该工作。该研究得到国家自然科学基金，海南省重点研发计划等项目资助。

通讯作者信息：

金成，海南大学热带作物学院研究员，博士生导师。课题组主要从事水稻氨基酸代谢和营养品质改良工作。以通讯作者（共同）或第一作者身份在Mol Plant, Sci China Life Sci, New Phytol, J Exp Bot等期刊发表论文。

罗杰，海南大学三亚南繁研究院教授，博士生导师。主要从事植物代谢组学研究。以通讯作者（共同）身份在Cell, Nat Genet，Nat plants, Nat Commun，PNAS，Plant Cell等国际主流期刊发表论文50余篇。

来源：MP植物科学

转自：“iPlants”微信公众号

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