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（通訊員 金成）必需氨基酸（Essential amino acid, EAA）是人體不能合成，只能從食物中獲取的一類氨基酸。水稻作為世界上最重要的糧食作物之一，但是稻米中必需氨基酸含量并不能滿足人們的膳食需求，水稻必需氨基酸含量同時也是影響稻米營養品質的重要因素。然而，目前水稻籽粒必需氨基酸積累及其自然變異的分子機制仍不清楚。
近日，羅杰團隊在Molecular Plant (IF=21.9)上在線發表題為“Natural variations of OsAUX5, a target gene of OsWRKY78, control the contents of neutral essential amino acids in rice grains” 的研究論文。該研究利用全基因組關聯分析(GWAS)鑒定到控制水稻籽粒多種EAA積累的關鍵基因OsAUX5，為水稻營養品質改良提供了重要基因資源。
進化樹分析顯示，OsAUX5屬于生長素轉運蛋白家族 (AUX/LAX family)的成員。研究表明，OsAUX5編碼一個質膜定位的氨基酸轉運蛋白，OsAUX5的表達水平與水稻不同品種籽粒中多種EAA（纈氨酸、亮氨酸和苯丙氨酸）含量顯著相關 （圖 1），且秈稻品種中OsAUX5的表達量要顯著高于梗稻品種。
圖1 OsAUX5的定位與鑒定
進一步研究顯示，OsAUX5主要在根、葉片、穗和節 （包括節I-V和穗節）的維管組織中表達，參與根中中性氨基酸的吸收以及葉片向種子中氨基酸的運輸過程 （圖2）。
圖2 OsAUX5的組織表達模式分析
序列分析顯示，大多數梗稻品種OsAUX5啟動子區域都包含有一個18 bp的InDel序列插入，導致其上游調控因子OsWRKY78對OsAUX5 的激活能力變弱，進而導致梗稻品種中OsAUX5的表達量較低（圖3）。作者對秈稻和梗稻OsAUX5等位基因（兩個不同等位基因型）的分布和來源進行分析，發現粳稻的OsAUX5等位基因型來源野生稻（Or-III），而秈稻的OsAUX5等位基因型來自野生稻（Or-I），進一研究顯示梗稻中的OsAUX5等位基因型受到了選擇（圖3）。將秈稻品種的OsAUX5等位基因引入粳稻品種中可以顯著增加粳稻籽粒中EAA含量，同時不影響其它農藝性狀表型。
圖3. OsWRKY78-OsAUX5調控水稻籽粒EAA積累的模式圖
綜上所述，該研究鑒定到控制水稻籽粒EAA積累的關鍵基因OsAUX5，揭示了OsWRKY78-OsAUX5調控水稻籽粒EAA積累的分子機制，為培育富含高EAA的水稻品種提供可能性。
海南大學熱帶作物學院施宇恒、張園園和孫陽陽博士為論文的共同第一作者，金成研究員和羅杰教授為論文的共同通訊作者。華中農業大學陳偉教授和德國馬普研究所Alisdair R. Fernie教授也參與了該研究工作。該研究得到國家自然科學基金，海南省重點研發計劃等項目資助。
標簽： 必需氨基酸
