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山东舜丰基因编辑院和山师大创造了世界首例香味玉米
来源:JIPB 发布时间:2021-05-12

色香味俱全是对一道美味菜肴的最好评价,怡人的香味往往给人们带来更好的饮食体验,这一标准也同样适用于主食。比如:香米比普通大米更能激发人的食欲,更容易被人们所接受。香米的价格往往是普通大米的两倍或更多。因此香味已经成为水稻育种一个主要的目标性状。另外香味也给大豆带来2倍于普通大豆的溢价。与普通大米相比,香米具有200多种特异的芳香物质,其中2-乙酰-1-吡咯啉 (2-acetyl-1-pyrroline,2AP) 是其中最主要的一种香味物质(Buttery et al., 1983)。香米中甜菜碱醛脱氢酶2 (BETAINE ALDEHYDE DEHYDROGENASE 2, BADH2)的功能缺陷是导致2AP积累的原因(Chen et al., 2008)。虽然在水稻、大豆、绿豆、高粱、黄瓜、椰子等多种作物中发现了香味种质,但是在玉米中一直没有香味种质的报道。

JIPB近日在线发表了山东舜丰基因编辑研究院和山东师范大学的合作研究论文“Creation of aromatic maize by CRISPR/Cas”(https://doi.org/10.1111/jipb.13105)。编辑通过生物信息学分析发现在玉米基因组中存在两个水稻BADH2基因的同源基因,ZmBADH2a和ZmBADH2b,而且这两个基因都是遍在表达的。利用基于CRISPR/Cas的基因组编辑技术在普通玉米自交系郑58和糯玉米自交系N355, LN005M和XCW175中创制了zmbadh2a-zmbadh2b的双突变体以及zmbadh2a 和zmbadh2b各自单突变体。在zmbadh2a-zmbadh2b双突变体的种子中可以闻到香米的香味,而在单突变体和野生型中均不能闻到香味。通过GC-MS在双突变体种子中检测到了2AP,最高可达0.723mg/kg,而在单突变体和野生型种子中均不能检测到2AP。另外在授粉后25天左右处于鲜食期的糯玉米zmbadh2a-zmbadh2b双突变体的种子中也能检测到2AP。

这些结果表明在玉米中ZmBADH2a和ZmBADH2b都负向调控2AP的合成,并且功能上具有冗余性。编辑通过基因编辑技术同时敲除ZmBADH2a和ZmBADH2b创制了世界首例香味玉米,并且正在用舜丰生物自有专利CRISPR /Cas12i和CRISPR /Cas12j创制香味玉米品种。

山东师范大学研究生王彦晓为该论文第一编辑,山东舜丰基因编辑研究院王飞博士为该论文通讯编辑。山东师范大学马长乐教授也参与了该项工作。王飞博士团队一直专注于玉米的种质创新改良工作,面向食用、粮饲兼用、工业加工等产业方向广泛布局,针对不同市场的需求创制出了一批商业价值高的玉米新种质,如甜糯玉米、高赖氨酸玉米、高支链淀粉玉米、高直链淀粉玉米以及矮杆玉米等。


参考文献:

Buttery, R.G., Ling, L.C., Juliano, B.O., and Turnbaugh, J.G.(1983). Cooked rice aroma and 2-acetyl-1-pyrroline. J. Agric. Food Chem. 31: 823–826.

Chen, S., Yang, Y., Shi, W., Ji, Q., He, F., Zhang, Z., Cheng, Z., Liu, X., and Xu, M. (2008). Badh2, encoding betaine aldehyde dehydrogenase, inhibits the biosynthesis of 2-acetyl-1-pyrroline, a major component in rice fragrance. Plant Cell 20:1850–1861.


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