专家团队阐明水稻胚乳中清蛋白积累的分子机制

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关键词：

来源：

中国科学院

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来源地址：

https://www.cas.cn/syky/202301/t20230106_4860157.shtml

资源所属：

杂交水稻专题

类型：

前沿资讯

语种：

中文

原文发布日期：

2023-01-10

摘要：

禾本科植物胚乳累积的淀粉和贮藏蛋白是人类重要的食物来源。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。其中清蛋白是水稻胚乳中丰富的水溶性蛋白，也是主要的致敏蛋白，人们对其积累调控机制尚不清楚。此前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。中国科学院植物研究所研究员刘春明团队等发现水稻品种中花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。进一步实验证明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，这一活性差别是因为其中间区段的序列差异导致的。通过酵母双杂交试验，研究人员鉴定到与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，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。这一研究解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。