2024年10月1日，江苏省农业科学院/生物育种钟山实验室张保龙团队在Plant communications在线发表了题为“Discovery of OsODC as a key enhancer of aroma and development of highly fragrant rice” 的研究论文。该研究通过全基因组关联分析和基因编辑技术，发现OsODC作为增强子提高水稻香味的新机制。
2-乙酰基-1-吡咯啉（2-AP）是大米香气的主要贡献物质，其浓度的高低很大程度上决定了大米香气的浓郁程度。前期的研究发现，BADH2基因的功能丧失能够显著提升水稻中2-AP的含量。然而，不同BADH2功能丧失的香味品种的2-AP含量却存在着较大的差异。这表明除了BADH2外，其他基因也可能参与了水稻2-AP的合成。
本研究根据2-AP的含量将不同香味水稻品种划分为芳香型和浓香型两组，结合2-AP在水稻中的合成途径，通过对香味水稻品种基因组重测序发现，浓香型水稻品种的OsODC基因编码区存在一个天然的22 bp缺失。利用基因编辑技术在日本晴中证实了OsODC在调控水稻2-AP合成中具有重要作用，同时敲除OsBADH2和OsODC基因可以大幅度提高水稻中2-AP的含量，相比单独敲除OsBADH2最多可提高48%。我们又通过基因编辑对地方品种绥粳18（OsBADH2缺失）的OsODC基因进行敲除，结果表明，与日本晴的结果相似，敲除OsODC后显著提高了绥粳18籽粒中2-AP的含量。我们推测OsODC和OsBADH2的同时敲除可能通过不同途径改变水稻中2-AP的前体物质（1-吡咯啉-5-羧酸（P5C）和g-氨基丁醛（GAB-ald））的含量，进而导致了水稻中2-AP的积累。此外，本研究还对这些突变体的农艺性状和稻米品质进行了测定，发现在敲除OsBADH2和OsODC后会降低植株高度以及提高稻米的直链淀粉含量，而对其他农艺性状和稻米品质没有产生明显影响。
本研究鉴定到水稻中增强香味物质的基因OsODC，为水稻香味的改良提供了宝贵的基因资源，对水稻香味的分子调控机制有了新的认识。在读博士生李阳和已毕业硕士生张文婷为论文的共同第一作者，王金彦副研究员和张保龙研究员为论文的共同通讯作者。扬州大学柳青教授为本研究提供了帮助。该研究得到了生物育种钟山实验室项目、江苏农业科技自主创新基金、江苏省重点研发计划项目和国家自然科学基金的资助。
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.xplc.2024.101141
来源：植物科学最前沿
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