DAP-seq助力揭示OsbZIP10-OsGIF1分子模塊調(diào)控稻米品質(zhì)的作用機(jī)制

水稻是世界重要的糧食作物，全球約有三分之一的人口以水稻為主食。隨著人口的增長(zhǎng)和飲食結(jié)構(gòu)的改變，在對(duì)水稻產(chǎn)量的需求不斷增加的同時(shí)，對(duì)稻米品質(zhì)的追求也在不斷提高。稻米品質(zhì)包括食味品質(zhì)、外觀品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)等多個(gè)方面，其中，直鏈淀粉含量是影響食味品質(zhì)的重要因素之一。然而，稻米的食味和外觀品質(zhì)的調(diào)控機(jī)制復(fù)雜，至今只闡明了一部分。

2024年7月9日，上海市農(nóng)科院、安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)、浙江大學(xué)海南研究院等多家單位聯(lián)合在The Plant Journal（影響因子6.2）發(fā)表了題為“Transcription factor OsbZlP10 modulates rice grain quality by regulating OsGIF1"的研究論文。該研究借助DAP-seq揭示了OsbZIP10-OsGIF1分子模塊調(diào)控稻米品質(zhì)的作用機(jī)制，為水稻精準(zhǔn)設(shè)計(jì)育種提供了新的思路。

該研究發(fā)現(xiàn)一個(gè)bZIP家族轉(zhuǎn)錄因子OsbZIP10可以激活轉(zhuǎn)錄水稻籽粒發(fā)育的關(guān)鍵基因OsGIF1。利用基因編輯、過(guò)表達(dá)和遺傳雜交等方法，通過(guò)對(duì)不同遺傳背景下的水稻品種進(jìn)行表型分析，揭示了OsbZIP10對(duì)稻米品質(zhì)的影響。OsbZIP10基因敲除的水稻品種在不同的遺傳背景下均表現(xiàn)出較高的堊白率，但直鏈淀粉含量較低。這一結(jié)果表明，OsbZIP10對(duì)稻米的食味品質(zhì)和外觀品質(zhì)均有著重要的影響（圖1）。

圖1：OsbZIP10影響水稻的籽粒品質(zhì)

通過(guò)DAP-seq和RNA-seq聯(lián)合分析發(fā)現(xiàn)，除了OsGIF1之外，OsbZIP10還調(diào)控了多個(gè)與灌漿過(guò)程相關(guān)的基因，包括編碼ADP-Glc焦磷酸化酶（AGPase）小亞基的OsAGPS1基因（圖2），以及參與活性氧（ROS）穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)的基因（圖3）。

圖2：OsbZIP10直接調(diào)控OsAGPS1和OsGIF1

圖3：OsbZIP10在籽粒形成過(guò)程中促進(jìn)氧化還原穩(wěn)態(tài)

此外，研究還發(fā)現(xiàn)OsbZIP10基因在粳稻和秈稻之間存在顯著的遺傳差異，大部分粳稻和秈稻品種屬于兩個(gè)不同的單倍型，這兩個(gè)單倍型與籽粒直鏈淀粉含量密切相關(guān)。在低直鏈淀粉含量的遺傳背景下，過(guò)表達(dá)與高直鏈淀粉含量相關(guān)的單倍型可以顯著增加直鏈淀粉含量。

該研究揭示了OsbZIP10-OsGIF1分子模塊在稻米品質(zhì)調(diào)控中的重要作用，成果不僅為稻米品質(zhì)調(diào)控提供了新的基因資源和分子網(wǎng)絡(luò)，也為稻米品質(zhì)改良和設(shè)計(jì)育種提供了新的理論依據(jù)和實(shí)踐基礎(chǔ)（圖4）。

圖4：OsbZIP10-OsGIF1分子模塊調(diào)控稻米品質(zhì)的作用機(jī)制