近日，中国热科院热带生物技术研究所木薯转基因与基因编辑团队在木薯淀粉品质改良研究方面取得重要进展。研究利用CRISPR/Cas9基因编辑技术成功编辑我国木薯主栽品种SC8的可溶性淀粉合成酶基因MeSSIII-1，显著提高了木薯抗性淀粉含量。
抗性淀粉难以被小肠吸收和消化，但能在大肠中发酵产生对人体有益的短链脂肪酸，是全球健康食品研究的热点之一。食用高抗性淀粉食物可预防和改善与能量代谢相关的慢性疾病，如心血管疾病、II型糖尿病。提高木薯抗性淀粉含量有助于改善以木薯为主粮的全球近10亿人口的营养和健康状况。
研究团队以木薯品种SC8为材料，采用CRISPR/Cas9技术创制了MeSSIII-1基因突变体。MeSSIII-1基因的编辑效率为90.91%，纯合突变率为13.64 %，双等位突变率为77.27 %。木薯MeSSIII-1基因突变体块根的直链淀粉含量提高18.62%，抗性淀粉含量是对照的4.7倍，总淀粉含量提高12.23%。MeSSIII-1基因突变体支链淀粉的中等长度和长链比例增加，而短链比例减少；淀粉糊化的起始温度、峰值温度和结束温度显著降低，峰值粘度、低谷粘度和最终粘度都有所增加。
研究发现敲除MeSSIII-1基因后，触发了木薯块根淀粉合成相关基因表达发生重编程，增强了淀粉合成途径。特别是参与直链淀粉合成的颗粒结合型淀粉合成酶基因MeGBSSII表达水平提高了50倍，而直链淀粉含量与抗性淀粉含量正相关。此外，突变体块根的蔗糖、葡萄糖和果糖等可溶性糖含量显著上升，推测这些糖类不仅为淀粉合成提供了碳源，还通过糖信号激活淀粉合成相关基因表达提高块根的淀粉合成能力。以上结果表明，研究团队通过基因编辑敲除MeSSIII-1基因，创制了抗性淀粉显著提高的木薯新种质，为木薯淀粉品质改良提供了新策略。
相关研究成果以“Editing of the soluble starch synthase gene MeSSIII-1 enhanced the amylose and resistant starch contents in cassava”为题发表于《Carbohydrate Polymers》。中国热科院生物所/三亚研究院陆小花博士后、王亚杰助理研究员、海南大学博士生甄兴厚为共同第一作者。中国热科院生物所/三亚研究院姚远副研究员、郭建春研究员、刘姣副研究员为共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金项目、中国热带农业科学院中央公益性科研院所基础研究基金、国家木薯产业技术体系、海南省种业实验室揭榜挂帅项目、中国热带农业科学院国家热带农业科学中心科技创新团队等项目的资助。
论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0144861724011299
日期：2024-11-04
