植物细胞:揭示稻米垩白形成的分子机制

来源：华中农业大学2022-03-07 12:28

华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室何玉清教授的研究论文《白核率1的自然变异调节水稻内源氧化还原稳态影响稻米品质》在线发表在《植物细胞》杂志上，揭示了水稻的心脏。

华中农业大学作物改良国家重点实验室何玉清教授在线发表在《植物细胞》杂志上的研究论文《白核率1的自然变异调节水稻胚乳氧化还原稳态影响稻米品质》，揭示了水稻心率基因WCR1的自然变异和胚乳氧化还原稳态影响垩白形成的分子机制。

垩白是稻米胚乳中淀粉颗粒和蛋白质体排列疏松而产生的白色不透明部分，综合影响稻米的外观和蒸煮食味品质，直接影响稻米作为商品的市场价值。因此，降低垩白是全球优质稻米遗传改良的共同育种目标。垩白是一个典型的数量性状，受多种因素和环境因素的影响，这也使得垩白基因的克隆面临巨大的挑战。目前，从自然群体中克隆的垩白相关基因很少，垩白形成的分子机制有待进一步探索。

在这项研究中，经过多年的图位克隆，在水稻的第一条染色体上定位了一个控制心脏白化速率的基因WCR1。WCR1BL位点不仅降低了稻米的心白率，而且提高了稻米的产量和食味值。系统发育分析和序列分析表明，该基因编码一个F-box蛋白，同源基因存在于大麦、小麦、玉米、高粱和拟南芥中。WCR1是心率的负调节因子。上调WCR1的表达水平可以显著降低心率。自然变异分析表明，启动子中预测的一个功能突变位点A/G可能是导致表达和心率差异的重要原因。系统发育分析表明，WCR1G等位基因起源于野生稻，而WCR1A主要存在于热带粳稻中。此外，还发现A/G突变导致OsDOF转录因子结合位点核心序列的改变。单杂交、瞬时表达和EMSA实验证实了OsDOF17与WCR1启动子的相互作用，A/G突变会影响OsDOF17的结合能力。

为了分析WCR1调控垩白的分子机制，通过筛选文库、BiFC和下拉实验筛选出WCR1的互作蛋白MT2b。MT2b编码一种金属硫蛋白，它可以结合金属离子并清除活性氧(ROS)。研究人员从生理和生化上证明，WCR1可以调节MT2b的转录水平，抑制26S蛋白酶体介导的MT2b蛋白的降解，从而促进ROS清除，延缓胚乳细胞的程序性细胞死亡(PCD)，最终增加贮藏物质的积累，降低白心率。这项工作不仅解释了白心形成的分子机理，而且分析了垩白的自然变异，挖掘了显性等位基因，为稻米品质改良提供了理论依据和具有应用前景的基因资源。(100yiyao.com)

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