本研究鉴定了一个水稻胚乳中高表达的晚期胚胎发生丰富蛋白（LEA）基因——OsLEA1b，该基因受高温和干旱胁迫诱导；通过CRISPR/Cas9技术创制oslea1b敲除突变体，发现其在正常温度下即表现为籽粒垩白、千粒重和单株产量显著下降，淀粉颗粒形态异常，淀粉、蛋白质和脂质含量降低，且淀粉中支链淀粉的短链比例减少而中长链比例增加；在高温胁迫下，这些表型缺陷更为加剧，突变体对高温更为敏感；此外，oslea1b突变体在干旱胁迫下存活率显著降低，活性氧（ROS）水平升高，表明OsLEA1b在调节淀粉生物合成和影响稻米品质（尤其在高温条件下）以及增强非生物胁迫耐受性中起着关键作用。

1题目

文章题目：OsLEA1b Modulates Starch Biosynthesis at High Temperatures in Rice

发文单位：中国水稻研究所、水稻生物学国家重点实验室、中国国家水稻改良中心、湖南省水稻研究所。

研究对象：水稻

研究领域：营养品质、抗逆胁迫

2杂志

Plants；Q2区 IF=4.1

3链接

Li, G., Cao, R., Ma, L., Jiao, G., Chen, P., Dong, N., Li, X., Duan, Y., Li, X., Zhu, M., Shao, G., Sheng, Z., Hu, S., Tang, S., Wei, X., Yu, Y., & Hu, P. (2023). OsLEA1b Modulates Starch Biosynthesis at High Temperatures in Rice. Plants, 12(23), 4070. https://doi.org/10.3390/plants12234070

4检测方法

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5主要内容

本研究旨在探索环境影响稻米品质的因子，并聚焦于一个在高温下响应的LEA基因——OsLEA1b。

1.基因鉴定与表达分析：OsLEA1b在水稻胚乳中特异性高表达，其编码蛋白定位于细胞核和细胞质。

2.突变体表型分析

：敲除OsLEA1b导致突变体籽粒变长变窄、千粒重下降、垩白度极高（达95%），且每穗粒数减少导致产量显著降低。

3.淀粉结构与理化性质：突变体胚乳中淀粉颗粒呈圆形、排列松散，而非野生型的多角形紧密排列；其总淀粉、直链淀粉、蛋白质含量以及凝胶稠度均显著低于野生型，且支链淀粉精细结构发生改变。

4.高温胁迫响应：高温会诱导OsLEA1b的表达。在高温条件下，突变体的垩白现象和籽粒品质恶化程度远甚于野生型，且多个淀粉合成相关基因（如OsBE1, OsSSIIa等）的表达发生显著改变。

5.干旱胁迫响应：OsLEA1b受干旱诱导表达，其突变体对干旱胁迫更为敏感，存活率极低，并伴随活性氧（ROS）清除系统相关基因表达上调及氧化损伤指标（H₂O₂, MDA等）升高。

6.1OsLEA1b是一个在水稻胚乳发育，特别是灌浆期起关键作用的基因。

6.2OsLEA1b通过影响淀粉合成相关基因的表达和淀粉颗粒的正常发育，直接调控稻米的外观品质（垩白）和理化品质（淀粉组成与结构）。

6.3OsLEA1b是水稻响应高温胁迫的关键因子，其功能缺失使水稻对高温更为敏感，品质劣变加剧。

6.4OsLEA1b还通过调节活性氧代谢和胁迫相关基因表达，正调控水稻的干旱胁迫耐受性。

6总结

这篇文章的亮点在于将一个经典的胁迫响应蛋白家族（LEA）的功能，从传统的抗逆性（如干旱）拓展到了对谷物灌浆品质，特别是高温胁迫下淀粉生物合成的调控上。

1.连接逆境胁迫与品质形成：研究揭示了OsLEA1b作为分子桥梁，将高温/干旱等环境信号与胚乳储藏物质（尤其是淀粉）的合成代谢联系起来。这为理解气候变化（全球变暖）如何影响稻米产量和品质提供了分子层面的证据。

2.阐明了新的品质调控机制：以往对稻米垩白的研究多集中于淀粉合成酶本身。本研究发现在缺乏酶活性的LEA蛋白的情况下，即使相关酶基因表达发生变化，淀粉的正常形态和结构也无法维持，表明LEA蛋白可能通过维持淀粉合成复合体的稳定性或细胞内环境（如防止氧化损伤、维持渗透平衡）来间接但关键地影响淀粉合成。

3.具有重要的育种应用价值：OsLEA1b基因可作为分子标记，用于选育在高温频发地区仍能保持优良籽粒品质的水稻品种。通过增强OsLEA1b的表达或功能，有望培育出兼具高产、优质和抗逆性强的新种质。

总之，这项研究不仅发现了一个调控稻米品质的关键新基因，更重要的是深化了我们对植物如何整合环境信号与发育程序以调控重要农艺性状的理解，为应对全球气候变化下的粮食安全挑战提供了有价值的基因资源和理论依据。

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