隨著生活水平不斷提高，肥胖癥、糖尿病和腸道疾病發(fā)生的幾率顯著增加，抗性淀粉具有降低血糖血脂、預(yù)防直腸癌等腸道和心腦血管疾病等多種保健功能，是理想的膳食來源。大麥是世界第四大禾谷類糧食作物，是藏族同胞的主糧。大麥籽粒中淀粉約占50%-70%，高抗性淀粉含量大麥可用作功能食品的重要原料。近日，小麥研究所鄭有良教授團隊江千濤教授研究組利用CRIPR/Cas9技術(shù)對大麥淀粉合成酶基因SSIIa進行基因編輯，獲得了高抗性淀粉大麥新種質(zhì)，結(jié)合酶活、轉(zhuǎn)錄組和代謝組學(xué)闡明淀粉的特性變化機制，相關(guān)成果“Editing of the starch synthase IIa gene led to transcriptomic and metabolomic changes and high amylose starch in barley”發(fā)表在國際著名學(xué)術(shù)期刊《Carbohydrate Polymers》（中科院1區(qū)TOP，IF=9.381）。

 

　　該研究利用CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)創(chuàng)制了多個大麥SSIIa等位變異缺失突變體。突變體中SSIIa蛋白ADPG結(jié)合結(jié)構(gòu)的破壞導(dǎo)致其功能的喪失從而顯著影響了突變體大麥籽粒淀粉的生物合成，其中直鏈淀粉和抗性淀粉含量分別約為野生型籽粒的2倍和6倍，耐消化能力顯著提升。組學(xué)和酶活分析表明，基因編輯植株中淀粉合成途徑的GBSSI、SSI、SSIIa、SBEI、PUL的表達水平發(fā)生顯著變化，引起GBSS酶活大幅增強，最終導(dǎo)致直鏈淀粉含量顯著增加。大麥基因編輯株系的淀粉特性發(fā)生顯著變化，其支鏈淀粉平均鏈長的減少導(dǎo)致了異常的熱力學(xué)特性，To、Tp、Tc和?H值顯著下降。利用¹³CNMR分析發(fā)現(xiàn)突變體中直鏈淀粉-脂質(zhì)復(fù)合體含量高于野生型，導(dǎo)致基因編輯大麥株系淀粉的耐消化能力大幅增強，具有突出的營養(yǎng)保健功能。該研究為麥類淀粉品質(zhì)改良和轉(zhuǎn)基因育種提供了理論依據(jù)和技術(shù)儲備。

 

　　該項成果是在中外合作的結(jié)晶，小麥研究所與英國John Innes Centre合作建立了大麥遺傳轉(zhuǎn)化和基因編輯技術(shù)平臺，與澳大利亞聯(lián)邦科工組織（CSIRO）合作開展麥類作物淀粉合成調(diào)控研究，本項成果是在三方共同協(xié)作下完成。中-英-澳聯(lián)合培養(yǎng)博士研究生楊強為論文第一作者，博士生丁金金、碩士生馮秀琴為并列第一作者，江千濤教授為通訊作者。該研究得到國家重點研發(fā)計劃、四川省國際科技交流合作項目、四川農(nóng)業(yè)大學(xué)雙支計劃等項目資助。