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我國木薯主栽品種SC8的可溶性淀粉合成酶基因MeSSIII-1，顯著提高了木薯抗性淀粉含量。
抗性淀粉難以被小腸吸收和消化，但能在大腸中發酵產生對人體有益的短鏈脂肪酸，是全球健康食品研究的熱點之一。食用高抗性淀粉食物可預防和改善與能量代謝相關的慢性疾病，如心血管疾病、II型糖尿病。提高木薯抗性淀粉含量有助于改善以木薯為主糧的全球近10億人口的營養和健康狀況。
研究團隊以木薯品種SC8為材料，采用CRISPR/Cas9技術創制了MeSSIII-1基因突變體。MeSSIII-1基因的編輯效率為90.91%，純合突變率為13.64 %，雙等位突變率為77.27 %。木薯MeSSIII-1基因突變體塊根的直鏈淀粉含量提高18.62%，抗性淀粉含量是對照的4.7倍，總淀粉含量提高12.23%。MeSSIII-1基因突變體支鏈淀粉的中等長度和長鏈比例增加，而短鏈比例減少；淀粉糊化的起始溫度、峰值溫度和結束溫度顯著降低，峰值粘度、低谷粘度和最終粘度都有所增加。
研究發現敲除MeSSIII-1基因后，觸發了木薯塊根淀粉合成相關基因表達發生重編程，增強了淀粉合成途徑。特別是參與直鏈淀粉合成的顆粒結合型淀粉合成酶基因MeGBSSII表達水平提高了50倍，而直鏈淀粉含量與抗性淀粉含量正相關。此外，突變體塊根的蔗糖、葡萄糖和果糖等可溶性糖含量顯著上升，推測這些糖類不僅為淀粉合成提供了碳源，還通過糖信號激活淀粉合成相關基因表達提高塊根的淀粉合成能力。以上結果表明，研究團隊通過基因編輯敲除MeSSIII-1基因，創制了抗性淀粉顯著提高的木薯新種質，為木薯淀粉品質改良提供了新策略。
相關研究成果以“Editing of the soluble starch synthase gene MeSSIII-1 enhanced the amylose and resistant starch contents in cassava”為題發表于《Carbohydrate Polymers》。中國熱科院生物所/三亞研究院陸小花博士后、王亞杰助理研究員、海南大學博士生甄興厚為共同第一作者。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。該研究得到國家自然科學基金項目、中國熱帶農業科學院中央公益性科研院所基礎研究基金、國家木薯產業技術體系、海南省種業實驗室揭榜掛帥項目、中國熱帶農業科學院國家熱帶農業科學中心科技創新團隊等項目的資助。
論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0144861724011299
日期：2024-11-04
抗性淀粉難以被小腸吸收和消化，但能在大腸中發酵產生對人體有益的短鏈脂肪酸，是全球健康食品研究的熱點之一。食用高抗性淀粉食物可預防和改善與能量代謝相關的慢性疾病，如心血管疾病、II型糖尿病。提高木薯抗性淀粉含量有助于改善以木薯為主糧的全球近10億人口的營養和健康狀況。
研究團隊以木薯品種SC8為材料，采用CRISPR/Cas9技術創制了MeSSIII-1基因突變體。MeSSIII-1基因的編輯效率為90.91%，純合突變率為13.64 %，雙等位突變率為77.27 %。木薯MeSSIII-1基因突變體塊根的直鏈淀粉含量提高18.62%，抗性淀粉含量是對照的4.7倍，總淀粉含量提高12.23%。MeSSIII-1基因突變體支鏈淀粉的中等長度和長鏈比例增加，而短鏈比例減少；淀粉糊化的起始溫度、峰值溫度和結束溫度顯著降低，峰值粘度、低谷粘度和最終粘度都有所增加。
研究發現敲除MeSSIII-1基因后，觸發了木薯塊根淀粉合成相關基因表達發生重編程，增強了淀粉合成途徑。特別是參與直鏈淀粉合成的顆粒結合型淀粉合成酶基因MeGBSSII表達水平提高了50倍，而直鏈淀粉含量與抗性淀粉含量正相關。此外，突變體塊根的蔗糖、葡萄糖和果糖等可溶性糖含量顯著上升，推測這些糖類不僅為淀粉合成提供了碳源，還通過糖信號激活淀粉合成相關基因表達提高塊根的淀粉合成能力。以上結果表明，研究團隊通過基因編輯敲除MeSSIII-1基因，創制了抗性淀粉顯著提高的木薯新種質，為木薯淀粉品質改良提供了新策略。
相關研究成果以“Editing of the soluble starch synthase gene MeSSIII-1 enhanced the amylose and resistant starch contents in cassava”為題發表于《Carbohydrate Polymers》。中國熱科院生物所/三亞研究院陸小花博士后、王亞杰助理研究員、海南大學博士生甄興厚為共同第一作者。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。該研究得到國家自然科學基金項目、中國熱帶農業科學院中央公益性科研院所基礎研究基金、國家木薯產業技術體系、海南省種業實驗室揭榜掛帥項目、中國熱帶農業科學院國家熱帶農業科學中心科技創新團隊等項目的資助。
論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0144861724011299
日期：2024-11-04
