中科院植物研究所、中國(guó)農(nóng)科院作物科學(xué)研究所與澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)和工業(yè)組織合作，通過(guò)半粒種子篩選方法獲得了一個(gè)糊粉層增厚的水稻品系ta2，使水稻的維生素、微量元素和膳食纖維等營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)因子得到普遍提升。這是國(guó)際上首次發(fā)現(xiàn)的一種可用于培育高營(yíng)養(yǎng)水稻的新型育種材料。該成果日前在美國(guó)《國(guó)家科學(xué)院院刊》上在線發(fā)表。

人類(lèi)70%的糧食來(lái)自禾本科作物的胚乳，而胚乳由糊粉層和淀粉胚乳兩部分組成。白米來(lái)自淀粉胚乳，主要成分為淀粉類(lèi)碳水化合物，外部糊粉層則富含蛋白質(zhì)、維生素、膳食纖維和微量元素。盡管兩者發(fā)育起源相同，但分化命運(yùn)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累迥異。這方面的研究既可以回答植物發(fā)育學(xué)領(lǐng)域的前沿問(wèn)題，又可為禾本科作物營(yíng)養(yǎng)改良和品質(zhì)提高提供理論和技術(shù)支持。

中國(guó)農(nóng)科院作物科學(xué)研究所劉春明研究組創(chuàng)建了一種半粒種子篩選體系，并利用這一體系篩檢了近3萬(wàn)粒種子，從而獲得了上述特殊的水稻品系。基因克隆發(fā)現(xiàn)，這一表型由一個(gè)DNA去甲基化酶基因OsROS1顯性負(fù)突變體產(chǎn)生，其糊粉層從一般水稻的1層細(xì)胞增加到4～10層。小麥、玉米、大麥等禾本科作物中均存在與OsROS1蛋白序列相似性很高的去甲基化酶，并在胚乳發(fā)育過(guò)程中表達(dá)。

“這一發(fā)現(xiàn)為了解禾本科作物胚乳發(fā)育和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累的表觀遺傳調(diào)控提供了理論基礎(chǔ)。同時(shí)，我們還利用自主開(kāi)發(fā)的水稻高通量TILLING平臺(tái)獲得了一批OsROS1基因等位突變新種質(zhì)，為水稻營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)改良育種提供了重要的遺傳材料。”劉春明表示。

目前，該研究組正嘗試?yán)没蚓庉嫾夹g(shù)調(diào)控小麥、玉米等作物中去甲基化酶ROS1基因的表達(dá)活性，有望開(kāi)拓禾本科作物營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)育種的新路徑。