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中国农业科学| 海南大学联合江苏省农科院利用基因编辑产生长片段缺失创制低谷蛋白水稻种质

  • 2026-10-29 18:05:46
中国农业科学| 海南大学联合江苏省农科院利用基因编辑产生长片段缺失创制低谷蛋白水稻种质

稻米中蛋白含量为6%—10%，是仅次于淀粉的第二大营养成分。稻米蛋白中绝大部分为贮藏蛋白，其中，谷蛋白和醇溶蛋白是2种含量最高的蛋白组分。谷蛋白主要位于水稻胚乳细胞的蛋白体Ⅱ中，具有较好的消化性能；而醇溶蛋白主要位于胚乳细胞的蛋白体Ⅰ中，较难被消化。对于一般消费者而言，谷蛋白营养价值更高。但是对于肾脏病人而言，谷蛋白较好的消化性能会增加肾脏的负担，因而，食用谷蛋白含量低的米饭对肾脏病人的健康有利。因此，创制低谷蛋白的水稻品种，对于以稻米为主食的肾脏病患者具有非常重要的意义。

近期，海南大学热带农林学院联合江苏省农业科学院种质资源与生物技术研究所张保龙课题组完成的题为“利用基因编辑产生长片段缺失创制低谷蛋白水稻种质”的研究在《中国农业科学》2025年第58卷6期正式发表。
该研究以适合江苏地区栽培的常规粳稻品种苏秀867（SX867）为转基因受体材料，利用CRISPR/Cas9介导的基因编辑技术删除水稻B亚家族谷蛋白编码基因GluB4和GluB5之间约3 500 bp片段。利用靶标位点侧翼序列对应的引物进行基因型鉴定，利用Cas9和潮霉素表达盒的序列特异性引物鉴定不含转基因元件的低谷蛋白水稻突变体。对纯合突变体的蛋白组分进行定性和定量分析，利用定量PCR检测水稻籽粒中部分谷蛋白编码基因的表达水平。在相同的栽培管理条件下，种植受体品种和纯合突变体，统计农艺性状和品质性状。
基因编辑策略及载体T-DNA结构示意图
成功获得GluB4和GluB5之间缺失3 448 bp的纯合突变体；
突变体38-2和38-8基因型鉴定的Sanger测序峰图
在该突变体中，谷蛋白占总蛋白的比例显著下降，醇溶蛋白和球蛋白的比例显著上升，谷蛋白含量降低至受体品种的45.54%—49.75%，与目前市面上常用的LGC-1转育的低谷蛋白水稻品种相近；
纯合突变株系B亚家族谷蛋白编码基因表达水平显著降低，基因表达水平变化趋势与LGC-1转育的品种一致；
水稻谷蛋白编码基因的表达水平
与其受体品种相比，纯合突变体的主要农艺性状指标除株高显著降低和粒长显著变长外，其他被测农艺性状和品质性状无显著变化。
水稻株型、稻米外观表型和淀粉粒形态
综上，课题组运用CRISPR/Cas9介导的基因编辑技术，成功获得不含转基因元件的水稻谷蛋白含量显著降低的突变体，提供了一种简单快速地创制低谷蛋白水稻种质的方法。
海南大学热带农林学院/江苏省农业科学院靳亚茹为该文第一作者，张保龙研究员为通信作者。
该研究获得江苏省重点研发计划现代农业项目（BE2022365）的资助。
全文链接：
《利用基因编辑产生长片段缺失创制低谷蛋白水稻种质》

靳亚茹, 陈斌, 王歆凯, 周田田, 李笑, 邓晶晶, 杨郁文, 郭冬姝, 张保龙. 利用基因编辑产生长片段缺失创制低谷蛋白水稻种质[J]. 中国农业科学, 2025, 58(6): 1052-1064.

JIN YaRu, CHEN Bin, WANG XinKai, ZHOU TianTian, LI Xiao, DENG JingJing, YANG YuWen, GUO DongShu, ZHANG BaoLong. Generation of Low-Glutelin Rice (Oryza sativa L.) Germplasm Through Long Fragment Deletion Using CRISPR/Cas9-Mediated Targeted Mutagenesis[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2025, 58(6): 1052-1064.

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