作者:万建民等 来源:《植物生物技术杂志》 发布时间:2023/1/19 10:00:18
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科学家阐明水稻胚乳中清蛋白积累的分子机制

 

近日,科院植物所研究员刘春明团队联合中国工程院院士万建民团队在《植物生物技术杂志》上发表新研究,阐明了水稻胚乳中清蛋白累积的分子调控机理,为在育种过程中调控清蛋白含量奠定了基础。

禾本科植物胚乳累积的淀粉和贮藏蛋白是人类最重要的食物来源。根据在不同溶剂中的溶解度不同,水稻胚乳贮藏蛋白可分为谷蛋白、醇溶蛋白、清蛋白和球蛋白,清蛋白是水稻胚乳中最丰富的水溶性蛋白,也是最主要的致敏蛋白,但对其积累调控机制尚不清楚。此前的研究结果表明,水稻胚乳特异性表达的转录因子NAC20和NAC26发生突变会导致胚乳淀粉和贮藏蛋白积累减少,呈现粉质胚乳表型。

在这项研究中,研究团队发现水稻品种中花11的NAC20/NAC26双敲除突变体nac20/26-3胚乳中醇溶蛋白累积略有减少,而16 kD清蛋白的累积几乎消失。质谱分析结果表明由Alb1、Alb2、Alb3、Alb4编码的四种清蛋白丰度在nac20/26-3突变体中急剧降低。qRT-PCR分析显示突变体胚乳所有编码清蛋白合成的五个基因Alb1-5的表达均大幅度降低。通过进一步实验,研究人员发现NAC20/26转录因子是通过与Alb1-5启动子区域的ACG保守基序结合激活胚乳中清蛋白表达,从而激活水稻胚乳清蛋白累积,其中NAC26的激活作用比NAC20更有效,这一活性差别是由于其中间区段的序列差异导致。

通过酵母双杂交试验,研究团队鉴定到与NAC20/26互作的水稻醇溶蛋白结合因子RPBF,并利用基因编辑技术获得了两个独立的突变体rpbf-1和rpbf-2,这两个突变体籽粒皱缩,胚乳中包括清蛋白在内的多种贮藏蛋白含量均有部分降低,在rpbf突变体胚乳中Alb的表达量显著降低。研究团队还发现,RPBF不能直接编码结合清蛋白基因的启动子,但是能够与NAC20/26互作增强NAC20/26对16 kD清蛋白基因表达的激活活性,间接控制水稻胚乳中清蛋白的积累。

该研究详细阐析了水稻胚乳中清蛋白累积的分子调控机理,为在育种过程中调控清蛋白含量奠定了基础,也可能为大米消费者应对过敏原问题提供解决方案。(来源:中国科学报 田瑞颖)

相关论文信息:https://doi.org/10.1111/pbi.13994

 
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