大麦基因编辑修饰淀粉研究获进展

近日，四川农业大学小麦研究所郑有良教授团队江千涛教授研究组利用CRIPR/Cas9技术对大麦淀粉合成酶基因SSIIa进行基因编辑，获得了高抗性淀粉大麦新种质，结合酶活、转录组和代谢组学阐明淀粉的特性变化机制，相关成果发表在国际著名学术期刊《碳水化合物聚合物》（Carbohydrate Polymers）。

该研究利用CRISPR/Cas9基因编辑技术创制了多个大麦SSIIa等位变异缺失突变体。突变体中SSIIa蛋白ADPG结合结构的破坏导致其功能的丧失从而显著影响了突变体大麦籽粒淀粉的生物合成，其中直链淀粉和抗性淀粉含量分别约为野生型籽粒的2倍和6倍，耐消化能力显著提升。组学和酶活分析表明，基因编辑植株中淀粉合成途径的GBSSI、SSI、SSIIa、SBEI、PUL的表达水平发生显著变化，引起GBSS酶活大幅增强，最终导致直链淀粉含量显著增加。大麦基因编辑株系的淀粉特性发生显著变化，其支链淀粉平均链长的减少导致了异常的热力学特性，To、Tp、Tc和?H值显著下降。利用13CNMR分析发现突变体中直链淀粉-脂质复合体含量高于野生型，导致基因编辑大麦株系淀粉的耐消化能力大幅增强，具有突出的营养保健功能。该研究为麦类淀粉品质改良和转基因育种提供了理论依据和技术储备。