华中农大《自然-遗传学》发表稻米品质研究重要进展


日前，华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室张启发院士领衔的水稻国家研究团队日前成功克隆了第一个稻米垩白率的主效基因 Chalk5 ，并对其调控垩白形成的分子与细胞学机理进行了深入研究，相关论文已于 3 月 16 日在线发表于《自然-遗传学》（Nature Genetics）杂志上。论文第一作者是该团队李一博副研究员，通讯作者是何予卿教授。

2011 年，该团队曾在该杂志撰文，报告发现了一个与 Chalk5 紧密连锁并正调控水稻种子大小和千粒重的 GS5 基因。

垩白是灌浆期胚乳淀粉粒和蛋白质颗粒排列疏松而充气所形成的白色不透明部分，它极大地影响了稻米可食用性产量（整精米率），同时对稻米外观品质（透明度）、蒸煮食味和营养品质（直链淀粉含量、胶稠度和蛋白质含量）等都有大的影响，因此，垩白是评价稻米品质的最重要指标之一，也是水稻优质和高产的重要限制因子。多年来，科学家们一直致力于寻找控制垩白的关键基因，经过近 10 年研究，该团队终于首次分离克隆到其中一个关键基因 Chalk5。

李一博表示，Chalk5 基因对很多稻米品质性状具有大的普遍性影响，尤其是极大地影响外观品质、精米产量和储藏蛋白质的总含量。 Chalk5 启动子两个核苷酸自然变异是籼稻腹白率遗传多样性的一个主要原因。Chalk5 是一个胚乳特异表达的控制腹白率的正调控因子，编码一个液泡上的转运 H+ 的焦磷酸酶，较高的表达量和酶活导致液泡 H+ 浓度增加及其水分丧失的增加，进而影响液泡内外 pH 的动态平衡，从而抑制小的液泡前体向蛋白储藏液泡或者蛋白体的内膜转运，进而导致胚乳发育过程中小的液泡前体的大量积累和蛋白体的减少，从而在成熟的胚乳储藏物质间形成大量的气泡和空间，促使了垩白的形成。

研究成果不仅为优质稻米的分子育种提供了目标基因，还为水稻优质育种实践提供了理论指导，同时为进一步阐明作物品质调控的生物学机理提供了理论依据。紧密连锁的粒形基因（GS5 和 qSW5）和垩白基因 Chalk5 的克隆与功能研究不仅会增加人们对种子大小和垩白形成机理的理解，而且为解释稻米产量与品质的矛盾与统一提供了遗传与分子证据。

原文检索：

Yibo Li, Chuchuan Fan, Yongzhong Xing, Peng Yun, Lijun Luo, Bao Yan, Bo Peng, Weibo Xie, Gongwei Wang, Xianghua Li, Jinghua Xiao, Caiguo Xu & Yuqing He. Chalk5 encodes a vacuolar H+ -translocating pyrophosphatase influencinggrain chalkiness in rice. Nature Genetics, 16 March 2014; doi:10.1038/ng.2923

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