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研究背景

整精米率是水稻的重要品質(zhì)性狀，也涉及水稻的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量。整精米率性狀由遺傳控制，受灌漿、收獲及收獲后期高溫高濕等環(huán)境因子影響，整精米率降低的主要原因是稻米成熟階段產(chǎn)生的裂紋，導(dǎo)致加工過(guò)程稻米斷裂，可造成高達(dá)30%的水稻產(chǎn)量損失。全球氣候變化給水稻生產(chǎn)帶來(lái)新的挑戰(zhàn)，研究模型預(yù)測(cè)在水稻種植季節(jié)氣溫異常升高1℃可引起稻整精米率降低7%左右。因此，揭示稻米裂紋抗性和整精米率的調(diào)控因子，通過(guò)設(shè)計(jì)育種培育耐裂紋稻米新品種對(duì)于保證糧食安全具有重要意義，然而目前對(duì)稻米裂紋抗性和整精米率的分子基礎(chǔ)尚缺乏了解。

Wx遺傳變異近等基因系的稻米裂紋粒率（A）、整精米率（B）和胚乳淀粉粒生長(zhǎng)環(huán)結(jié)構(gòu)（C）的比較

中國(guó)植物學(xué)會(huì)常務(wù)理事、中科院植物所王臺(tái)研究員課題組利用基因組重測(cè)序的水稻種質(zhì)資源材料，系統(tǒng)評(píng)價(jià)了這些資源材料的稻米裂紋抗性，通過(guò)全基因組關(guān)聯(lián)分析揭示了決定稻米裂紋抗性和整精米率的重要QTL位點(diǎn)FED1，發(fā)現(xiàn)FED1是顆粒結(jié)合型淀粉合成酶I的編碼基因Waxy/Wx。Wx基因的等位變異wx，Wxb，Wxa和Wxin賦予稻米不同的裂紋抗性，其中無(wú)效突變wx的稻米裂紋抗性最高，Wx表達(dá)量較低的等位變異Wxb的稻米裂紋抗性次之，而Wx表達(dá)量高的等位基因Wxa和Wxin則導(dǎo)致稻米裂紋抗性顯著降低。

進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)直鏈淀粉通過(guò)影響淀粉粒無(wú)定形生長(zhǎng)環(huán)與半結(jié)晶生長(zhǎng)環(huán)寬度比值和稻米腹部堊白，進(jìn)而影響淀粉粒吸水膨脹率，從而決定稻米裂紋抗性。堊白則通過(guò)促進(jìn)水分滲透，增加了吸水膨脹淀粉粒的數(shù)量。該研究為水稻設(shè)計(jì)育種過(guò)程Wx遺傳變異的選擇提供了理論支撐，為深入解析稻米裂紋抗性的遺傳調(diào)控網(wǎng)絡(luò)提供了全新的視角。

該研究成果于2022年9月2日在線發(fā)表在Journal of Experimental Botany期刊上。植物所鄧祝云副研究員和已畢業(yè)博士生劉玉霞為論文的共同第一作者，王臺(tái)研究員為通訊作者。這項(xiàng)研究得到了中科院先導(dǎo)專項(xiàng)和國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目的資助。

個(gè)人簡(jiǎn)介

王臺(tái)研究員

王臺(tái)研究員主要從事花粉發(fā)育分子生理機(jī)制、種子發(fā)育分子生理機(jī)制等方面的研究。相關(guān)研究成果發(fā)表在Journal of Experimental Botany、Plant Journal、Journal of Plant Physiology、Plant Cell and Environment等國(guó)際科技期刊上。