颗粒结合型淀粉合酶互作蛋白OsGBP对稻米品质及产量的影响

【作者】 王伟； 魏祥进； 焦桂爱； 陈文强； 邬亚文； 圣忠华； 胡时开； 谢黎虹； 王嘉宇； 唐绍清； 胡培松；

【机构】 沈阳农业大学水稻研究所； 中国水稻研究所水稻生物学国家重点实验室；

【摘要】 【研究背景】淀粉是水稻种子中最主要的成分,约占种子总重量的80%以上,直接决定着水稻的品质与产量。淀粉由直链淀粉和支链淀粉构成,直链淀粉的多少很大程度上决定着稻米的食味品质,直链淀粉过高的品种稻米品质往往较差,而直链淀粉含量低于5%的水稻品种即为糯稻。颗粒结合型淀粉合酶(GBSS)主要负责直链淀粉合成,其中GBSSI与GBSSII分别负责水稻胚乳与叶片中的直链淀粉合成。研究表明很多影响水稻胚乳淀粉品质的基因都是通过调控GBSSI或与其互作来影响直链淀粉合成,因此筛选GBSS调控或互作蛋白,并研究其分子机理对阐明水稻胚乳直链淀粉合成及稻米品质具有重要意义。【材料与方法】本研究通过酵母双杂交方法筛选到一个与水稻GBSS互作的蛋白OsGBP,利用CIRSPR/Cas9技术进行基因敲除,受体背景为粳型常规稻中花11,获得了两种突变类型的osgbp突变体。【结果与分析】osgbp突变体叶片总淀粉含量显著减少,直连淀粉含量低于检测下限水平;突变体叶片的叶绿体中淀粉颗粒数量及体积都显著小于野生型。osgbp突变体成熟种子胚乳腹部呈现垩白表型,总淀粉和直链淀粉含量均显著低于野生型,淀粉复合颗粒变小,间隙明显,排列松散,千粒重显著下降。OsGBP在水稻中呈组成型表达,且在叶片及发育中的胚乳中表达量较高。OsGBP定位于造粉体上,与GBSSI和GBSSII能够共定位。进一步研究发现OsGBP在体内和体外均能够与GBSSI和GBSSII相互作用。OsGBP的C端包含一个Carbohydrate-binding module 48 (CBM48)结构域,中部有一个coiled-coil(CC)结构域,体外淀粉结合实验表明CBM48结构域负责OsGBP蛋白与淀粉的结合,而CC结构域主要负责OsGBP与GBSSs的互作。提取胚乳及叶片中淀粉颗粒结合的蛋白进行PAGE胶及western blot分析显示,osgbp突变体胚乳及叶片中淀粉颗粒上结合的GBSSI和GBSSII蛋白丰度减少,而大量的SBSS以游离的形式存在。表明在osgbp突变体中,GBSSs与造粉体或淀粉粒的结合显著低于野生型。【结论】本研究结果表明,OsGBP能够介导GBSSs蛋白与发育中的淀粉颗粒结合,从而调控水稻叶片和胚乳中淀粉的生物合成,对稻米品质及产量有重要的影响。更多还原