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[转载]改善稻米蒸煮食味品质的新途径:增强氮素依赖型抽穗因子的内源表达

已有 998 次阅读 2023-9-1 15:27 |系统分类:论文交流|文章来源:转载

论文题目:Improving rice eating and cooking quality by enhancing endogenous expression of a nitrogen-dependent floral regulator

发表期刊:Plant Biotechology Journal

水稻的高产优质十分依赖于氮肥的施用,然而过量的氮肥不仅会造成一系列生态环境问题,同时会降低氮素利用效率并影响稻米品质,尤其是蒸煮食味品质(Eating and Cooking Quality, ECQ)。淀粉和蛋白质是稻米的主要组成成分,其中直链淀粉含量、胶稠度、糊化温度、蛋白质含量等蒸煮食味品质相关指标与氮肥施用密切相关。因此,如何在兼顾高产和氮素高效利用的前提下提高稻米品质,是培育优质水稻品种的重要挑战。

本论文讲述了利用自身启动子增强水稻氮素依赖型抽穗因子(Nhd1)的内源表达,能够在不改变水稻的生育期总时长、氮素利用效率和产量的前提下,在不同供氮水平下显著提升稻米的蒸煮食味品质。

徐国华团队前期已鉴定到一个氮素依赖型水稻抽穗因子Nhd1,其通过协同调控氮转运蛋白(OsAMT1;3; OsNRT2;4)、氮同化酶(OsFd-GOGAT) 和糖转运蛋白(OsSUT1)及抽穗因子(OsHd3a)平衡水稻的氮素吸收利用和生长发育(张抒南、张誉译等,2021, Current Biology;李康宁、张抒南等,2022, Plant Physiology; 2023, Journal of Experimental Botany)

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全生育期时长
该研究利用Nhd1的自身启动子创制了其内源表达丰度得到大幅提高的水稻遗传材料pNhd1::Nhd1。无论在低氮(LN)和正常施氮(MN)处理下,与亲本(野生型)相比,Nhd1增强系的全生育期时长、氮素利用效率和稻谷产量并未发生明显变化。
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氮素利用效率

稻米的淀粉颗粒排列松散,直链淀粉和蛋白质含量均显著下降,糊化温度降低而胶稠度增加,表明其具有更易烹饪和消化、更好口感的特征。

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此外,通过分析江苏部分主栽品种的稻米淀粉糊化特征(RVA)Nhd1表达水平之间的关系,发现无论在低氮(LN)还是正常施氮(MN)条件下,RVA多个特征参数与Nhd1的转录水平呈现高度相关性。


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        通过稻米的代谢组和转录组及其蛋白-DNA互作等深入分析,表明Nhd1通过同时调控稻米的氨基酸代谢途径和淀粉代谢途径,促进支链淀粉合成酶基因OsSSII-3的表达,降低直链淀粉合成关键基因Wx和氨基酸转运蛋白基因OsLHT1及调控谷蛋白形成的OsGluA2基因的表达,从而控制稻米的蒸煮食味品质。

综上所述,该研究发现了一条改善稻米蒸煮食味品质的新途径——增强氮素依赖型抽穗因子的内源表达。该成果有助于突破作物高产-氮素高效利用-籽粒品质难以协调的瓶颈,为在不增加氮肥投入和牺牲生育期、产量的前提下,提高稻米品质的分子改良提供了新的思路和基因资源。


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