水稻作為全球重要作物之一，在保障糧食安全方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。協(xié)同提升水稻產(chǎn)量與品質(zhì)一直是育種工作的核心目標(biāo)。Waxy和ALK是調(diào)控稻米蒸煮食味品質(zhì)的兩個關(guān)鍵基因，然而這兩個基因的不同單倍型組合如何影響產(chǎn)量、食味品質(zhì)及加工外觀品質(zhì)，至今未得到充分探究。如何根據(jù)不同Waxy和ALK組合的品質(zhì)特性，指導(dǎo)設(shè)計培育符合多樣化消費者偏好的水稻品種，仍有待闡明。

近日，Journal of Genetics and Genomics在線發(fā)表華中農(nóng)業(yè)大學(xué)李旭副研究員團(tuán)隊題為“Rational design for rice eating and cooking quality via combination of the Waxy and ALK haplotypes”的研究論文。該研究發(fā)現(xiàn)Waxy基因?qū)Ξa(chǎn)量和品質(zhì)具有多效性影響，ALK基因主要通過微調(diào)支鏈淀粉結(jié)構(gòu)影響食味品質(zhì)和加工外觀品質(zhì)，為水稻設(shè)計育種提供了基因資源和理論基礎(chǔ)。

研究團(tuán)隊采用基因組育種方法，在黃華占背景下構(gòu)建了6種Waxy和5種ALK單倍型的30個不同組合的近等基因系，其中包括新挖掘的基因內(nèi)重組單倍型ALKe。三季的產(chǎn)量性狀考察結(jié)果表明，Waxy通過影響千粒重和結(jié)實率影響單株產(chǎn)量，且受環(huán)境溫度的調(diào)控。多元線性回歸分析表明，Waxy在精米食味品質(zhì)調(diào)控中起主效作用。高糊化溫度單倍型通過降低支鏈淀粉短鏈比例、增加中間鏈比例，提高稻米糊化溫度和膠稠度，從而降低米飯硬度、改善食味值。然而在高溫環(huán)境下，高糊化溫度單倍型導(dǎo)致籽粒淀粉顆粒間空腔數(shù)量增加，堊白度顯著升高，降低整精米率。相較黃華占，Wxb-ALKe組合可改善食味值，加工外觀品質(zhì)優(yōu)良，且不影響產(chǎn)量，具有廣闊的應(yīng)用前景。該研究綜合分析了不同Waxy和ALK單倍型組合的品質(zhì)性狀，為稻米品質(zhì)多元化改良提供了重要依據(jù)。

ALKe可小幅提高膠稠度改善食味值且不影響產(chǎn)量

綜上所述，該研究闡明了Waxy和ALK不同單倍型組合對稻米產(chǎn)量性狀、食味品質(zhì)、加工品質(zhì)、外觀品質(zhì)及淀粉結(jié)構(gòu)的影響，為稻米品質(zhì)設(shè)計育種提供新策略。

作者簡介

華中農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院博士生蔡元康為該論文第一作者，李旭副研究員為通訊作者。華中農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻團(tuán)隊張慶路、歐陽亦聃教授、肖景華副教授、何予卿教授和張啟發(fā)教授參與了該項研究。相關(guān)工作得到農(nóng)業(yè)科技重大專項、生物育種國家重大科技專項、國家自然科學(xué)基金等項目資助。