近日，中國農業科學院作物科學研究所作物轉基因及基因編輯技術與應用創新團隊，利用CRISPR/Cas9基因編輯技術，定點編輯敲除冬小麥品種鄭麥7698和春小麥品種Bobwhite中的 SBEIIa 基因，分別獲得了高抗性淀粉的冬、春小麥新種質，為培育營養功能型小麥新品種提供了新途徑。相關研究成果于11月25日在國際植物學知名期刊《植物生物技術雜志（Plant Biotechnology Journal）》上在線發表。
據夏蘭琴研究員介紹，淀粉是小麥籽粒的主要組成部分，占小麥胚乳重量的80%以上。淀粉是由直鏈淀粉和支鏈淀粉組成，其中直鏈淀粉約占15%-25%，支鏈淀粉約占 75%-85%。抗性淀粉又稱抗酶解淀粉或難消化淀粉，主要存在于高直鏈、低支鏈淀粉顆粒中，其含量與高直鏈淀粉含量呈直線正相關。研究發現抗性淀粉具有調節、保護小腸，防止糖尿病和脂肪堆積以及促進鋅、鈣、鎂離子的吸收等功能，是一種非常重要的膳食纖維資源，對于改善人類健康、降低糖尿病、高血脂和肥胖癥等多種慢性疾病風險具有重要意義。目前，培育高抗性淀粉谷物作物已成為國內外育種和功能食品研究熱點。然而，由于缺乏高抗性淀粉小麥種質資源，利用常規技術難以培育高抗性淀粉小麥品種，而利用基因編輯創制高抗性淀粉小麥的研究，目前尚未見國內外相關報道。
淀粉分支酶是直接參與支鏈淀粉生物合成的關鍵酶，研究表明抑制小麥 SBEIIa 基因的表達可顯著提高直鏈淀粉含量。該研究利用CRISPR/Cas9基因編輯技術，在冬小麥鄭麥7698和春小麥Bobwhite兩個品種中定點編輯 SBEIIa 基因，經過后代分離篩選，成功獲得鄭麥7698系列無轉基因突變體，包括 AAbbDD 、 AABBdd 、 aabbDD 、 AAbbdd 、 aaBBdd 和 aabbdd ，在春小麥Bobwhite中獲得了無轉基因 AAbbdd 和 aabbdd 兩個突變體。分析發現 SBEIIa 基因編輯具有劑量疊加效應，其中，兩個品種 aabbdd 三缺失突變體和Bobwhite的 AAbbdd 突變體顯著影響淀粉顆粒大小和形態、支鏈淀粉的精細結構、淀粉的理化和營養特性。 aabbdd 三缺失突變體的直鏈淀粉、抗性淀粉、可溶性戊聚糖和蛋白質含量顯著增加。消化后，還原糖含量顯著降低，說明創制的高直鏈淀粉小麥具有潛在的營養保健功能。該研究結果為進一步通過基因組編輯技術，提高谷類作物抗性淀粉含量提供了依據。
作科所在讀博士研究生李晶瑩，中國水稻所副研究員焦桂愛，作科所已畢業博士研究生孫永偉和作科所副研究員陳雋為本文共同第一作者，夏蘭琴研究員和馬有志研究員為本文共同通訊作者，南京農業大學姜東教授和仲迎鑫博士也參與了本項研究。該研究得到國家基礎科技研發計劃、轉基因重大專項和中國農科院創新工程與‘農科英才’特支計劃項目資助。
文章鏈接：https://doi.org/10.1111/pbi.13519
日期：2020-11-27
據夏蘭琴研究員介紹，淀粉是小麥籽粒的主要組成部分，占小麥胚乳重量的80%以上。淀粉是由直鏈淀粉和支鏈淀粉組成，其中直鏈淀粉約占15%-25%，支鏈淀粉約占 75%-85%。抗性淀粉又稱抗酶解淀粉或難消化淀粉，主要存在于高直鏈、低支鏈淀粉顆粒中，其含量與高直鏈淀粉含量呈直線正相關。研究發現抗性淀粉具有調節、保護小腸，防止糖尿病和脂肪堆積以及促進鋅、鈣、鎂離子的吸收等功能，是一種非常重要的膳食纖維資源，對于改善人類健康、降低糖尿病、高血脂和肥胖癥等多種慢性疾病風險具有重要意義。目前，培育高抗性淀粉谷物作物已成為國內外育種和功能食品研究熱點。然而，由于缺乏高抗性淀粉小麥種質資源，利用常規技術難以培育高抗性淀粉小麥品種，而利用基因編輯創制高抗性淀粉小麥的研究，目前尚未見國內外相關報道。
淀粉分支酶是直接參與支鏈淀粉生物合成的關鍵酶，研究表明抑制小麥 SBEIIa 基因的表達可顯著提高直鏈淀粉含量。該研究利用CRISPR/Cas9基因編輯技術，在冬小麥鄭麥7698和春小麥Bobwhite兩個品種中定點編輯 SBEIIa 基因，經過后代分離篩選，成功獲得鄭麥7698系列無轉基因突變體，包括 AAbbDD 、 AABBdd 、 aabbDD 、 AAbbdd 、 aaBBdd 和 aabbdd ，在春小麥Bobwhite中獲得了無轉基因 AAbbdd 和 aabbdd 兩個突變體。分析發現 SBEIIa 基因編輯具有劑量疊加效應，其中，兩個品種 aabbdd 三缺失突變體和Bobwhite的 AAbbdd 突變體顯著影響淀粉顆粒大小和形態、支鏈淀粉的精細結構、淀粉的理化和營養特性。 aabbdd 三缺失突變體的直鏈淀粉、抗性淀粉、可溶性戊聚糖和蛋白質含量顯著增加。消化后，還原糖含量顯著降低，說明創制的高直鏈淀粉小麥具有潛在的營養保健功能。該研究結果為進一步通過基因組編輯技術，提高谷類作物抗性淀粉含量提供了依據。
作科所在讀博士研究生李晶瑩，中國水稻所副研究員焦桂愛，作科所已畢業博士研究生孫永偉和作科所副研究員陳雋為本文共同第一作者，夏蘭琴研究員和馬有志研究員為本文共同通訊作者，南京農業大學姜東教授和仲迎鑫博士也參與了本項研究。該研究得到國家基礎科技研發計劃、轉基因重大專項和中國農科院創新工程與‘農科英才’特支計劃項目資助。
文章鏈接：https://doi.org/10.1111/pbi.13519
日期：2020-11-27
