稻米胚乳的直鏈澱粉含量是決定稻米蒸煮食味品質的最重要因素，同時也可影響稻米胚乳的透明度。直鏈澱粉含量過高，米飯較硬，食味變差。但若稻米中的直鏈澱粉含量過低（10%以下），往往會呈現半透明或不透明，影響稻米的外觀。稻米中直鏈澱粉主要由蠟質基因（Wx）負責合成。近幾十年來，利用特定的Wx等位基因降低直鏈澱粉含量以提升稻米蒸煮食味品質，是稻米優質育種取得重大進展的主要原因。但是，現有Wx等位基因控制的直鏈澱粉含量大多在15%以上或10%以下，當前水稻優質育種中缺乏直鏈澱粉含量介於10-15%之間、能夠協同調控食味和外觀品質的新型等位基因。
JIPB近日在線發表了揚州大學農學院劉巧泉課題組題為「A rare Waxy allele coordinately improves rice eating and cooking quality and grain transparency」的研究論文。該研究鑑定了一個稀有的Wx等位基因Wxmw，發現其可能是在水稻馴化過程中由Wxin和Wxb同源重組而來；Wxmw所控制的直鏈澱粉含量為13%左右，對稻米蒸煮食味品質和外觀品質均有顯著的改善效果。
Wxmw導入日本晴（NIP）和高產水稻品種（2661）改良稻米外觀和蒸煮食味品質
劉巧泉課題組通過水稻種質資源篩查，在一個地方品種魔王谷中克隆了一個Wx的新等位基因Wxmw。通過對粳稻品種日本晴背景下近等基因系和轉基因系的分析，證明Wxmw所控制的稻米直鏈澱粉含量在12-14%之間，介於Wxb和Wxmp之間。攜帶該等位基因稻米的食味值與攜帶Wxmp（直鏈澱粉含量在8-10%之間）的優良食味稻米接近，但稻米透明度顯著優於半糯類型的軟米。該等位基因包含已報導的Wxin和Wxb的兩個功能性變異位點，推測Wxmw可能是由Wxin和Wxb在水稻馴化過程中通過同源重組而來。Wxin和Wxb所對應的直鏈澱粉含量分別為18-22%和15-18%左右。藉助分子標記輔助選擇方式將Wxmw導入到常規高產粳稻中，證明改良品系具有較好的外觀品質和顯著提高的蒸煮食味品質。因此，Wxmw在培育優良食味和外觀品質水稻新品種中具有重大應用潛力。
劉巧泉課題組主要從事稻米品質性狀遺傳改良研究，近年來在Wx基因表達調控方面取得了一系列進展，克隆了來自野生稻的Wx基因祖先等位基因Wxlv，並證明當前栽培稻中的主要等位基因都由其通過不同方式進化而來（Zhang et al., Mol Plant, 2019）。利用CRISPR/Cas9技術編輯了水稻Wx啟動子上的關鍵順式作用元件，獲得了多個微調蒸煮食味品質的新Wx等位類型（Huang et al., Plant Biotech J，2020a；Trends Plant Sci, 2020b）。這篇論文進一步從水稻自然種質資源中獲得了能夠微調稻米蒸煮食味品質的Wx自然等位基因，為稻米品質改良豐富了基因資源。張昌泉副教授為該論文的第一作者，劉巧泉教授為通訊作者。該研究得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金和江蘇省科技廳等項目的資助。
1. Zhang, C., Zhu, J, Chen, S., Fan, X., Li, Q., Lu, Y., Wang, M., Yu, H., Yi, C., Tang, S., Gu, M., Liu, Q. Wxlv, the ancestral allele of rice Waxy gene. Molecular Plant, 2019, 12: 1157–11662. Huang, L., Li, Q., Zhang, C., Chu, R., Gu, Z., Tan, H., Zhao, D., Fan, X., Liu, Q. Creating novel Wx alleles with fine‐tuned amylose levels and improved grain quality in rice by promoter editing using CRISPR/Cas9 system. Plant Biotechnology Journal, 2020a (https://doi.org/10.1111/pbi.13391)3. Huang, L., Sreenivasulu, N., Liu, Q. Waxy editing: Old meets new. Trends in Plant Science, 2020b (https://doi.org/10.1016/j.tplants.2020.07.009)