本文關(guān)鍵詞：稻米品質(zhì)性狀基因的克隆與功能研究進展

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【摘要】：水稻是中國重要的糧食作物之一,高產(chǎn)與優(yōu)質(zhì)一直是品種改良的主要目標。目前,中國稻米品質(zhì)表現(xiàn)總體偏低,在一定程度上影響了其市場競爭力。稻米品質(zhì)屬綜合性狀,是指稻米或稻米相關(guān)產(chǎn)品滿足消費者或生產(chǎn)加工需求的各種特性,主要涉及稻米的物理和化學特性,包括精米率、米粒形狀、透明度、蒸煮時間、米飯質(zhì)地與香味、冷飯質(zhì)地以及營養(yǎng)成分等指標。通常用碾磨品質(zhì)、外觀品質(zhì)、蒸煮與食味品質(zhì)和營養(yǎng)品質(zhì)4個方面來評價稻米品質(zhì)。近10年來,在上述稻米品質(zhì)性狀相關(guān)基因的克隆與功能研究領(lǐng)域已取得了長足的進展。水稻粒形不僅是重要的產(chǎn)量性狀也是碾磨和外觀品質(zhì)的重要決定因素,目前已克隆了多個粒形相關(guān)的QTL和基因。根據(jù)粒形相關(guān)基因的表型效應(yīng)可將其分為3類,即伴隨植株矮化的小粒控制基因(第一類,包括D1、D2、D11、D61和SMG1等)、粒形特異基因(第二類,如GS3、GL3.1、GW7、GW2、GW5、GS5、GS6、TGW6、GW8、BG2、GW6a和GS2等)和小圓�；�(第三類,即SRS),其中只有第二類基因具有較好的育種利用價值。堊白是決定稻米外觀品質(zhì)的首要性狀,同時也會影響碾磨品質(zhì)。目前盡管已經(jīng)鑒定了大量QTL,但只有少數(shù)QTL被精細定位和克隆,如Chalk5、cyPPDK、G1F1、OsRab5a、FLOURYENDOSPERM2、PDIL1-1和SSG4等主要通過調(diào)控胚乳灌漿和儲藏物積累而影響稻米外觀表現(xiàn)。淀粉占精米胚乳干重的90%以上,其組成與結(jié)構(gòu)是決定稻米外觀和蒸煮與食味品質(zhì)的最重要因素。淀粉的合成是由多基因參與的復雜調(diào)控網(wǎng)絡(luò),直接參與淀粉合成的淀粉合成酶類基因的功能已經(jīng)比較清楚;此外,參與胚乳淀粉代謝的一些轉(zhuǎn)錄因子如Dull、OsEBP89、OsEBP5、OsRSR1和OsbZIP58等也已被陸續(xù)鑒定和克隆。蛋白質(zhì)是稻米的第二大成分,目前已克隆了眾多的貯藏蛋白編碼基因,并且已鑒定克隆了多個與蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運調(diào)控有關(guān)的基因如OsSar、OsRab5a、OsAPP6、RISBZ1、RPBF、OsVPS9A、OsGPA3和GEF2等。賴氨酸是稻米中的第一限制必須氨基酸,通過過量表達富含賴氨酸蛋白(如RLRH1和RLRH2)或調(diào)控游離賴氨酸代謝等途徑,均可顯著提高稻米中的賴氨酸含量。稻米香味主要由2-AP決定,目前,已克隆了BADH2和OsP5CS等參與2-AP合成調(diào)控的基因。在與稻米貯藏有關(guān)的脂質(zhì)代謝方面,已克隆了脂肪酸氧化酶基因LOX-1、LOX-2和LOX-3以及脂質(zhì)轉(zhuǎn)運基因OsLTP36。此外,在稻米維生素、花青素和礦物質(zhì)等合成調(diào)控方面也已鑒定克隆了多個重要基因。綜上,稻米各品質(zhì)性狀都是由多基因控制,并且各性狀間彼此交叉,其遺傳調(diào)控非常復雜。本文重點就近年來控制稻米粒形與堊白、蒸煮與食味品質(zhì)、儲藏蛋白、脂類、維生素與礦質(zhì)元素等合成與調(diào)控相關(guān)基因的克隆、等位變異和功能研究進行了綜述,并對重要品質(zhì)相關(guān)基因的育種利用進行了展望,期望為水稻優(yōu)質(zhì)育種提供參考。
【作者單位】： 揚州大學農(nóng)學院植物功能基因組學教育部重點實驗室/江蘇省糧食作物現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心;
【基金】：國家轉(zhuǎn)基因生物新品種培育重大專項(2016ZX08009003-004、2014ZX08009-024B) 國家自然科學基金(31561143008、31401354) 教育部博士點基金(20133250120001)
【分類號】：S511
【正文快照】： 水稻(Oryza sativa L.)是中國乃至世界范圍內(nèi)的重要糧食作物,對保障糧食安全具有舉足輕重的作用。近30年來,中國水稻生產(chǎn)經(jīng)過高產(chǎn)育種、超高產(chǎn)育種、超級稻育種和綠色超級稻育種等計劃的實施,水稻產(chǎn)量不斷提高,其中,超級稻產(chǎn)量已達到了6 892.5kg·hm-2的水平[1]。與此同時,對

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