近日，中國熱科院熱帶生物技術研究所木薯轉基因與基因編輯團隊在木薯淀粉品質(zhì)改良研究方面取得重要進展。研究利用CRISPR/Cas9基因編輯技術成功編輯了我國木薯主栽品種SC8的MeMinD基因，揭示了該基因在調(diào)控木薯淀粉體大小和淀粉顆粒形態(tài)方面具有關鍵作用。

 

　　木薯是熱帶和亞熱帶地區(qū)重要的經(jīng)濟作物，其塊根富含淀粉，是全球近10億人口重要的食物來源。淀粉體是植物貯藏器官淀粉合成和積累的場所，其分裂和大小可影響淀粉顆粒的形態(tài)和結構。然而，淀粉體的分裂對木薯塊根淀粉積累的影響還有待進一步解析。

 

　　研究團隊以木薯品種SC8為材料，通過CRISPR/Cas9技術創(chuàng)制了MeMinD基因功能缺失突變體。與野生型相比，memind突變體的淀粉體顯著增大，淀粉體內(nèi)積累的淀粉顆粒數(shù)量增多（圖1），顆粒大小分布范圍更廣（圖2）。此外，MeMinD基因的失功能觸發(fā)了淀粉合成相關基因表達發(fā)生重編程，影響了淀粉的精細結構。memind突變體支鏈淀粉鏈的短鏈占比顯著降低，中等和較長鏈比例增加，導致直鏈淀粉含量提高16%。淀粉顆粒形態(tài)和精細結構的變化，導致memind突變體木薯淀粉的糊化特性發(fā)生顯著變化，如糊化起始溫度、峰值溫度和結束溫度均顯著提高，以及糊化的峰值粘度、熱糊粘度和最終粘度均顯著提高。以上結果表明，該團隊通過基因編輯敲除MeMinD基因，創(chuàng)制了新型淀粉木薯新種質(zhì)。

 

　　相關研究成果以“Mutation of MeMinD increased amyloplast size with a changed starch granule morphologenesis and structures in cassava storage roots”為題發(fā)表于《Carbohydrate Polymers》。中國熱科院生物所/三亞研究院陸小花博士后和王亞杰助理研究員為共同第一作者。中國熱科院生物所/三亞研究院姚遠副研究員、郭建春研究員、劉姣副研究員為共同通訊作者。該研究得到熱帶作物生物育種全國重點實驗室科研項目、中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務費、國家木薯產(chǎn)業(yè)技術體系、海南省種業(yè)實驗室揭榜掛帥項目等項目的資助。

 

　　論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S014486172401110X