乔永利组解析水稻胚乳淀粉合成与种子发育的分子机理

淀粉作为水稻胚乳的主要组成成分，其类型和含量直接影响着水稻稻米品质。近来研究表明很多的关键酶和转录因子等基因影响了水稻种子淀粉的合成，但是由于淀粉合成的复杂性，目前对水稻淀粉合成调控的分子机制还不清楚。2020年1月，Plant Biotechnology Journal 期刊在线发表了乔永利研究组的研究成果，题为“Pyrophosphate-fructose 6-phosphate 1-phosphotransferase (PFP1) regulates starch biosynthesis and seed development via heterotetramer formation in rice (Oryza sativa L.) ”。 该研究是从韩国粳稻品种Hwacheong突变体库中鉴定到了一个稳定遗传的粉质胚乳突变体pfp1-3，该突变体由于灌浆速率低导致种子千粒重和单株产量显著降低，胚乳中淀粉颗粒的形态及造粉体发育也存在明显异常，同时发现pfp1-3突变体影响了稻米品质，导致总淀粉、直链淀粉含量显著降低，脂肪和蛋白含量显著增加。此外，由于pfp1-3突变体种子胚根和胚芽发育异常，导致水稻种子发芽率显著降低。通过图位克隆和互补实验发现，OsPFP1编码了一个糖酵解途径中焦磷酸果糖1,6 二磷酸转移酶的β亚基。OsPFP1β可以与其他4个OsPFP1α亚基中3个形成异源四聚体，OsPFP1基因突变导致了淀粉合成相关酶的活性显着降低，并且糖酵解途径和脂肪酸合成过程中代谢物质出现紊乱。该研究结果进一步完善了水稻淀粉合成的分子机制，为稻米品质遗传改良提供了重要的理论依据。