通过工程改造淀粉合成酶和分支酶关键结构域平衡玉米籽粒直链淀粉增加与产量损失的研究及意义

《Molecular Breeding》：Engineering the key domains of starch synthases and branching enzyme to balance the amylose increase and yield loss in maize kernels

为解决高直链淀粉玉米育种中直链淀粉含量与产量损失之间的权衡难题，研究人员利用 CRISPR-Cas9 技术对淀粉合成酶（SSIIa、SSIII）和分支酶（SBEIIb）关键结构域进行定向诱变。结果表明，除 SSIII 突变体，其他突变体直链淀粉（AAC）和抗性淀粉（RS）含量显著提高，部分突变体百粒重降低幅度小，该研究为高直链淀粉玉米育种提供了新途径。

　　直链淀粉含量和抗性淀粉（RS）在食品和制药行业具有多种功能，对人体健康有益，因此十分重要。然而，由于直链淀粉含量与产量损失之间的权衡，培育高直链淀粉玉米仍然具有挑战性。在此，研究人员通过 CRISPR-Cas9 技术对淀粉合成酶（包括 SSII_a、SSIII）和分支酶（SBEII_b）的关键结构域进行定向诱变，在玉米自交系 LH244 中分别产生了 15、21 和 14 个新等位基因。除了 ssIII 突变体，ssII_a和 sbeII_b突变体与野生型籽粒相比，表观直链淀粉含量（AAC）和抗性淀粉含量显著更高。尽管大多数突变体相对于野生型植株百粒重（HKW）降低，但一些突变体百粒重降低幅度较小。对 6 个有代表性的突变体进行研究发现，ssII_a和 sbeII_b突变体在直链淀粉含量和抗性淀粉含量较高的同时，淀粉含量的黏度降低，还原糖和可溶性糖含量增加，且与农艺性状之间没有明显的权衡关系。这些发现为高直链淀粉玉米育种提供了一条有前景的途径，加快了具有更高抗性淀粉含量的种质开发，有利于全球健康和相关产业的发展。