利用TaWaxy基因编辑技术调控商业小麦淀粉特性及品质改良研究

为解决小麦淀粉品质调控难题，研究人员通过CRISPR/SpCas9系统结合TaWOX5转化增强技术，在冬小麦品种济麦22和春小麦宁春4号中创制了7种无外源基因的TaWaxy突变体，实现了0-19.05%的直链淀粉含量（AC）精准调控。研究发现Waxy-B1蛋白对直链淀粉合成影响最显著，部分突变体显著提升了面条和饼干品质，为小麦加工应用提供了新种质资源。

　　

淀粉作为小麦籽粒的主要成分，其直链淀粉含量（AC）直接决定了面制品的口感与加工性能。传统育种手段难以精准调控AC，而完全无直链淀粉的"蜡质小麦"又存在加工适应性局限。如何通过基因编辑技术获得AC适度降低且农艺性状优良的小麦材料，成为产业亟待突破的瓶颈。

中国农业科学院作物科学研究所的研究团队在《Carbohydrate Polymers》发表重要成果。他们利用TaWOX5基因显著提升的转化效率，在商业化品种济麦22中成功构建了CRISPR/SpCas9基因编辑体系，获得7种无外源基因的TaWaxy突变体，与春小麦宁春4号的3种突变体共同构成了AC梯度为0-19.05%的研究材料。研究揭示了不同等位基因组合对淀粉特性的调控规律，为定向改良小麦加工品质提供了新策略。

关键技术包括：1）TaWOX5介导的小麦遗传转化体系；2）针对TaWaxy-A1/B1/D1的双sgRNA设计；3）透射电镜和扫描电镜观察淀粉颗粒形态；4）面包、蛋糕、饼干和面条等终产品的品质评价体系。

【研究结果】

1. TaWaxy基因突变体创制
   在济麦22中获得的TaWaxy-abd、TaWaxy-ab和TaWaxy-bd等位基因组合表现出典型蜡质小麦特征，其中TaWaxy-b突变体表现出品种特异性：济麦22来源的TaWaxy-b突变体呈现蜡质性状，而宁春4号的同源突变体则未表现该特性。

2. 淀粉合成机制解析
   Waxy-B1蛋白被证实对直链淀粉合成贡献最大。电镜观察发现突变体籽粒中B型淀粉颗粒增多，这种结构变化与AC降低直接相关。

3. 食品加工品质评价
   所有突变体均降低面包和蛋糕品质，但TaWaxy-ad-JM和TaWaxy-b-NC突变体显著提升面条和饼干品质，证明适度降低AC（非完全缺失）更有利于特定面制品的品质优化。

【研究意义】
该研究首次在商业化冬小麦品种中实现多等位基因组合的精准编辑，突破了传统育种中AC难以精细调控的技术瓶颈。发现Waxy-B1的主导作用为后续靶向编辑提供了理论依据，而建立的AC-品质对应关系则指导了专用小麦育种。特别值得注意的是，TaWaxy-ad-JM突变体实现了"免配粉"直接应用，简化了面粉加工流程。研究展示的TaWOX5介导转化体系为其他遗传改良困难的作物提供了普适性技术方案。

研究团队强调，未来需要进一步解析不同AC水平对淀粉糊化、回生等特性的影响机制，并评估突变体在田间条件下的农艺性状稳定性。这些发现为小麦品质分子设计育种开辟了新途径，对实现主食作物精准营养改良具有重要参考价值。