农学院吴殿星教授课题组与中科院合作在PNAS发文揭示水稻抗性淀粉合成分子机理

随着人们生活方式和饮食习惯的改变，全球糖尿病患者的数量急剧增长，到21世纪糖尿病已成为危害人类健康的三大杀手之一。抗性淀粉（Resistant Starch，RS）是健康人体小肠内难以消化吸收的淀粉及淀粉降解物的总称，摄入高抗性淀粉食品可有效预防和控制糖尿病，并对肥胖症和肠道疾病起到积极预防作用。研究表明，抗性淀粉推荐摄入量为每天18-20克，而常规水稻品种中抗性淀粉含量普遍低于3%，提高水稻品种中抗性淀粉含量对于提高稻米营养品质与医疗保健作用有着重要作用，但目前对抗性淀粉相关合成基因和分子机理知之甚少。

中国科学院遗传与发育生物学研究所李家洋院士课题组与浙江大学原子核农业科学研究所吴殿星教授课题组合作，在抗性淀粉合成机理研究中取得突破性进展。通过对水稻高抗性淀粉突变体的研究，分离鉴定了一个新的抗性淀粉基因SSIIIa（Soluble starch synthase，可溶性淀粉合酶）。该基因突变后显著提高了水稻胚乳中抗性淀粉、直链淀粉、脂类、直链淀粉-脂质复合体含量以及糊化温度，降低淀粉粘性。进一步研究发现，SSIIIa和Waxy（颗粒结合淀粉合酶）共同参与抗性淀粉的合成，SSIIIa对抗性淀粉的调控依赖于Waxy基因的高表达，在SSIIIa突变体背景下降低Waxy的表达导致抗性淀粉含量下降，直链淀粉-脂质复合体的减少。综合已有研究结果，该文提出SSIIIa突变后破坏了其与ADP-葡萄糖焦磷酸化酶AGPase、丙酮酸磷酸双激酶PPDK、淀粉合酶SSIIa和淀粉分支酶SBEIIa、SBEIIb复合体的形成，通过对AGPase和PPDK活性的影响，分别促进直链淀粉和脂类的合成，最终通过形成直链淀粉-脂质复合体提高了胚乳中抗性淀粉含量。该研究揭示了抗性淀粉合成的分子机理，并为培育高抗性淀粉水稻新品种提供了重要的遗传资源与新途径。

上述研究成果于北京时间10月18日在线发表于美国科学院院刊（PNAS，DOI:10.1073/pnas.1615104113，5年IF=10.285），李家洋和吴殿星为共同通讯作者。PNAS同时登载了菲律宾水稻研究所研究员R. Ordonio与日本名古屋大学教授M. Matsuoka所撰写的题为“Increasing resistant starch content in rice for better consumer health”（DOI:10.1073/pnas.1616053113）的专文评述，高度评价了该项工作的理论意义与潜在应用价值。

目前，新的抗性淀粉基因SSIIIa及诱发突变体已在育种中实际利用，选育了不同籼粳稻类型的糖尿病专用水稻新品种（系），申请了植物新品种权3个（其中已授权1个，浙辐111），授权了发明专利3项，并开发出适宜糖尿病食用的大米及系列深加工产品（宜糖米、宜糖米线、宜糖米饼、宜糖肽粉[流体食品与减肥食品]和浙商红白酒）。该研究得到了科技部、省育种专项以及校水稻与主要经济作物科技联盟等项目资助。

水稻抗性淀粉合成分子机制示意图