稻米是我国的首要口粮，也是全球超过半数人口的主粮。而品质又是决定稻米商品价格与营养价值的关键，受一系列关键基因的调控。克隆稻米品质关键调控基因、并进行功能机制解析与分子育种利用研究，是选育优良水稻新品种，推动解决粮食安全问题的基础。 

 中科院成都生物研究所水稻分子育种团队在发现MADS-box转录调控基因家族成员OsMADS1对水稻粒型具有重要调控功能的研究基础之上（https://thericejournal.springeropen.com/articles/10.1186/s12284-020-00428-x#Sec21），最近初步回答了该基因是否也调控稻米品质的研究问题。 

 研究首先发现水稻OsMADS1基因突变体“麦稻（Oat-like rice, Olr）”不仅粒型异常，其稻米垩白也大幅升高、外观品质变差。麦稻粒型与稻米品质性状的连锁分析发现其粒型异常与稻米品质变差这两个性状发生共分离。亚细胞定位结果表明OsMADS1蛋白定位于细胞核中，并且蛋白表达分析表明OsMADS1蛋白在花和种子中高表达。这些结果说明OsMADS1对水稻种子发育与稻米品质形成可能也具有一定的调控作用。 

 进一步在麦稻中转入野生型OsMADS1基因互补了麦稻的异常粒型。同时，利用团队研发的水稻种子特异性干扰系统（授权专利号：ZL 2019 1 1086083.X）干扰正常水稻品种日本晴中的野生型OsMADS1基因，干扰株系的稻米垩白也大幅升高、外观品质变差。这些结果说明麦稻稻米外观品质变差是由其携带的OsMADS1^Olr突变基因引起的。运用全基因组重测序基因定位技术定位控制麦稻稻米品质性状候选基因的结果，也进一步验证了这一结论。 

 深入研究发现麦稻稻米垩白升高、外观品质变差是由其胚乳淀粉颗粒发育异常导致淀粉颗粒形态异常与排列疏松引起的。并且稻米淀粉与贮藏蛋白含量测定发现麦稻稻米的淀粉含量大幅下降，但种子储藏蛋白含量却大幅升高。进一步的比较转录学分析发现麦稻种子淀粉合成途径基因整体下调表达但分解途径基因却整体上调表达，同时麦稻种子贮藏蛋白合成途径基因在种子贮藏蛋白快速大量合成时期也大幅上调表达。后续种子贮藏蛋白合成基因的qRT-PCR表达分析实验也验证了上述比较转录学结果。这些结果说明由于麦稻中OsMADS1^Olr突变基因的功能异常，影响了其种子中淀粉与种子贮藏蛋白基因表达网络的正常表达与功能，引起麦稻稻米淀粉含量下降、种子储藏蛋白含量升高，导致其胚乳淀粉颗粒发育和形态异常、并且排列疏松，最终形成麦稻垩白增加、外观品质表差的表型。 

 本研究初步揭示了OsMADS1基因通过调控稻米淀粉与贮藏蛋白代谢基因表达网络从而控制水稻品质建成的分子机制，还表明该基因和构建的水稻种子特异性干扰系统在稻米品质遗传改良与水稻分子育种中具有一定的应用潜力。 

 上述研究结果于2023年4月28日以“OsMADS1 Regulates Grain Quality, Gene Expressions, and Regulatory Networks of Starch and Storage Protein Metabolisms in Rice”为题，发表在中科院二区TOP期刊《International Journal of Molecular Sciences》上。成都生物所博士研究生刘志坚和毕业博士李鹏慧为论文共同第一作者，李辉助理研究员为通讯作者。  

 该研究获得了中科院战略性科技先导专项（A类）“种子精准设计与创造”子课题、四川省国际科技创新合作项目、中科院国际合作局国际伙伴计划“一带一路”科技合作专项、“一带一路”国际科学组织联盟项目、四川省主要粮油作物分子育种平台项目和四川省科技厅重点研发项目的联合资助。 

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图2. OsMADS1野生型与OsMADS1^Olr突变蛋白三维结构预测与亚细胞定位

图3. 麦稻与日本晴种子淀粉代谢基因表达网络与基因表达分析

　　图4. OsMADS1基因调控稻米品质建成的分子机制模式图