通过编辑顺式调控元件适度调控SBEIIb基因表达，可提高水稻的抗性淀粉含量

《Plant Biotechnology Journal》：Moderate Regulation of SBEIIb Gene Expression by Editing Cis-Regulatory Elements Enhances the Resistant Starch Content in Rice

水稻抗性淀粉（RS）含量的提升及其农艺性状影响研究。通过结合ATAC-seq、DNase-seq和生物信息学分析，鉴定出调控SBEIIb基因表达的CRE1和CRE2顺式作用元件。CRISPR/Cas9编辑后，cre突变体RS含量较野生型提高5.31倍，同时保持正常籽粒形态和主要农艺性状。转录组与代谢组学分析表明，NAC20、NAC23和NAC26通过结合CRE1/2调控SBEIIb表达，并影响淀粉合成代谢。该研究为开发高RS水稻提供了新策略。

　　稻米作为全球超过一半人口的主要粮食来源，其淀粉含量通常占谷物干重的80%以上。然而，大多数煮熟的稻米中可消化淀粉（RS）的含量却低于2%。可消化淀粉因其在消化系统中难以被分解，能够作为膳食纤维发挥作用，从而对健康产生积极影响，例如有助于预防糖尿病和高血脂等慢性疾病。因此，开发高RS含量的稻米品种对于改善公共健康具有重要意义。尽管已有研究表明，通过调控淀粉代谢相关基因可以有效提高RS含量，但传统方法往往伴随着诸如籽粒重量降低、籽粒皱缩、胚乳呈现粉状等负面表型，这限制了高RS稻米在实际应用中的推广。

本研究聚焦于通过调控淀粉代谢关键基因*SBEIIb*的启动子区域中的顺式调控元件（CREs），以实现RS含量的提升，同时尽量减少对其他重要农艺性状的影响。通过整合ATAC-seq数据与生物信息学分析，研究人员成功鉴定了两个与*SBEIIb*基因表达相关的CREs。这些CREs被进一步编辑，以调节*SBEIIb*的表达水平，从而提升RS含量。结果显示，经过CRE编辑的突变体在保持正常籽粒形态和农艺性状的同时，其RS含量显著提高，达到野生型的5.31倍。这表明，通过调控CREs实现的基因表达调控，能够在不显著影响稻米产量和品质的前提下，有效提升RS含量。

在淀粉结构分析中，研究发现突变体中中等和长链的支链淀粉比例增加，这可能是RS含量提升的主要原因。同时，通过对突变体胚乳的转录组和代谢组分析，研究人员还发现了一些与糖类、脂类和氨基酸代谢相关的显著变化。这些变化表明，淀粉代谢途径的调控不仅影响了淀粉合成，还可能通过代谢重分配的方式影响其他代谢途径的活动。值得注意的是，这些变化的程度相对较小，说明通过CRE编辑对*SBEIIb*的调控是一种较为温和的代谢调整。

进一步的分子机制研究揭示，NAC20、NAC23和NAC26这三个转录因子能够结合到CRE1和CRE2上，共同调控*SBEIIb*的表达。其中，NAC23对CRE1和CRE2具有转录抑制作用，而NAC20和NAC26则表现出较强的转录激活能力。这种复杂的调控网络不仅解释了RS含量变化的分子基础，也为进一步优化基因表达调控策略提供了理论依据。此外，NAC23还被发现能够通过抑制Tre6P磷酸酶基因*OsTPP1*的表达，间接影响糖代谢和淀粉合成过程，这表明其在淀粉代谢调控中可能发挥重要作用。

研究还发现，*SBEIIb*基因的突变不仅影响了淀粉的结构和含量，还对其他代谢途径产生了连锁反应。例如，突变体中糖类代谢相关基因的表达水平发生了显著变化，同时脂类代谢也受到影响。这些变化可能与淀粉合成减少导致的碳源再分配有关。此外，研究人员还观察到，*OsSSIIa*（一种淀粉合成相关基因）在突变体中表达增强，这可能与淀粉颗粒的结构变化和RS含量的增加相关。这些结果不仅揭示了淀粉代谢调控的复杂性，也为进一步理解水稻籽粒发育过程中的代谢调控网络提供了新的视角。

本研究的意义在于，通过调控顺式调控元件，实现对*SBEIIb*基因表达的精准调控，从而在不显著影响稻米产量和品质的前提下，提高RS含量。这为开发具有健康益处的高RS稻米品种提供了可行的策略。与传统的基因敲除或抑制方法相比，本研究中的基因编辑方式更加温和，能够有效避免不良表型的出现，从而提高高RS稻米的实用价值。此外，研究还表明，通过调控CREs，可以实现对淀粉代谢相关基因的精细调控，这种调控方式可能在其他谷物中同样适用，为未来的作物改良提供了新的思路。

本研究的成果表明，通过基因编辑技术调控顺式调控元件，可以有效提高稻米的RS含量，同时维持其正常的农艺性状。这一发现不仅有助于推动高RS稻米的育种工作，也为改善人类饮食结构、预防慢性疾病提供了新的方法。未来，随着基因编辑技术的不断进步和对调控机制的深入理解，有望开发出更多具有健康益处的作物品种，从而在保障粮食安全的同时，提升作物的营养价值。此外，本研究中揭示的调控网络也为进一步研究其他作物中类似调控机制提供了参考，具有重要的理论和应用价值。