[發明專利]一種高抗性淀粉含量水稻的培育方法

在審

• 申請號: 202310372559.6
• 申請日: 2023-04-10
• 公開（公告）號: CN116179575A
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發明（設計）人: 劉巧泉;黃李春;張昌泉;李錢峰;肖穎;趙微
• 申請（專利權）人: 揚州大學
• 主分類號: C12N15/54
• 分類號: C12N15/54;C12N9/10;C12N15/84;A01H4/00;A01H5/00;A01H6/46
• 代理公司: 揚州蘇中專利事務所(普通合伙) 32222
• 代理人: 許必元

本發明屬于水稻分子育種領域，具體涉及一種高抗性淀粉含量水稻的培育方法；構建了SS3a和SS3b基因的共敲除載體，利用農桿菌介導的方法創建并篩選獲得了同時敲除SS3a和SS3b基因的水稻新種質；PCR擴增產物測序結果顯示目標水稻中SS3a和SS3b基因均發生移碼突變，功能完全喪失；消化特性和理化品質分析結果顯示，SS3a和SS3b基因共敲除稻米的抗性淀粉含量顯著提高、消化速率顯著降低，同時理化品質也發生顯著改變，其營養健康品質顯著改良。將本發明培育高抗性淀粉含量水稻的方法及相關遺傳材料應用于水稻育種實踐，有望為選育營養健康的水稻新品種帶來新突破。

技術領域

本發明屬于水稻分子育種領域，具體涉及一種高抗性淀粉含量水稻的培育方法。

背景技術

近年來，與飲食和能量代謝相關的慢性疾病，如超重、肥胖和II型糖尿病等的發病率在全球范圍內大幅增加，精加工淀粉類食品的高消費是這些病癥的一個主要誘發因素。常規的淀粉通常能量較高，食用后在人體小腸中極易被消化、吸收并轉化為血糖；而抗性淀粉(Resistant?starch,RS)是一類特殊的淀粉，在人體小腸中幾乎不能被酶解成葡萄糖，而只能在人體大腸中被發酵成有益的短鏈脂肪酸。因此，食用富含RS的食物不僅可以有效地降低升糖指數(GI)、增加飽腹感，預防血糖相關疾病，而且還能通過改善腸道(大腸)微環境、降低結腸pH值等有助于預防結腸癌等腸道相關疾病。

水稻是一種重要的主糧作物，也是世界范圍內多數人，特別是亞洲人群的主要淀粉攝入來源。然而，常規栽培水稻中的RS含量通常小于1％，遠遠低于人類每日推薦的RS攝入量。因此，選育富含RS的水稻是水稻品種改良的重要方向。

淀粉是水稻胚乳中最主要的成分，占胚乳干重的80％以上，由不同比例的直鏈淀粉和支鏈淀粉組成。胚乳直鏈淀粉和支鏈淀粉組成和結構是決定稻米品質的關鍵因素。水稻胚乳中淀粉的合成受一系列酶的調控，這些酶的編碼基因統稱為淀粉合成相關基因(Starch?synthesis?related?gene,SSRG)。當前，已經有一些通過調控編碼淀粉分支酶(SBE)和可溶性淀粉合成酶(SS)的兩類SSRG表達來提高水稻胚乳中RS含量的成功案例。例如，通過抑制或敲除SBE3/SBEIIb基因的表達可顯著提高稻米RS含量；SBE1/SBEI基因突變或抑制其表達對稻米RS水平無有顯著影響，但同時抑制或敲除SBE1和SBE3基因的表達可以在sbe3單突變的基礎上進一步提高RS含量達到約15％，表明兩個基因在RS形成中存在功能冗余；在具有高直鏈淀粉含量、強GBSSI酶活性的Wx^a等位基因背景下，SS3a/SSIIIa/SSIII-2基因突變可顯著提升稻米RS含量至5％～6％。此外，控制糊化溫度的ALK/SSIIa/SSII-3基因也是影響RS含量的重要基因，高活性的SSIIa蛋白有利于RS的形成。除了這幾個基因之外，大多數SSRG在RS形成中的作用和遺傳效應都尚不清楚。例如，本文中所涉及的可溶性淀粉合成酶III(SSIII或SS3)在水稻中有兩種同工酶，分別由SS3a/SSIIIa/SSIII-2和SS3b/SSIIIb/SSIII-1基因編碼。SS3b基因的功能、對RS的影響及其與SS3a基因的互作、冗余情況此前都沒有相關報道。進一步解析SSRG的功能有望為提升稻米RS含量帶來新的突破。

發明內容

本發明針對上述現有技術中存在的問題，提供了一種高抗性淀粉含量水稻的培育方法，一種利用基因組編輯技術多敲除淀粉合成相關基因SS3a和SS3b提高稻米抗性淀粉含量、降低淀粉消化速率，進而改良稻米營養健康品質的方法；該方法獲得的稻米消化速率顯著降低，具有較優的營養健康品質。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：