直链淀粉含量是决定稻米蒸煮食味品质的关键因素，其主要受蜡质基因Waxy（Wx）调控。利用Wx基因的优异等位变异Wxmp选育的半糯粳稻品种如南粳46、南粳9108等，具有直链淀粉含量低、食味品质优等特点，符合长江中下游地区消费者饮食需求。但这类半糯粳稻胚乳外观呈云雾状，降低了其商品属性。通过微调直链淀粉含量而不改变其他方面的特性成为科研人员改良半糯粳稻外观品质的主要研究思路之一。
近日，江苏省农业科学院联合扬州大学在The Crop Journal在线发表了题为“Adjusting the amylose content of semi-glutinous japonica rice by genome editing of uORF6 in the Wx gene”的研究简报，发现水稻Wx基因的上游开放阅读框uORF6 (upstream open reading frame 6)参与调节稻米直链淀粉含量，在半糯粳稻外观品质改良方面具有重要应用价值。
作者首先对Wx基因功能型的uORFs进行鉴定。利用5′-RACE对Wx基因转录本中的5′UTR长度进行分析，预测了Wx基因含有8个uORF，并从UTR区域的5′到3′端分别命名为uORF1至uORF8。利用双荧光素酶报告系统研究uORF突变对下游mRNA编码蛋白翻译效率的影响，结果表明uORF1、uORF4、uORF6突变后均能提高荧光素酶（LUC）的表达，而这8个uORF全部突变后LUC表达强度最高，说明uORF1、uORF4、uORF6可能为功能型uORF（图1A-D）。作者进一步通过基因编辑对uORF1、uORF3、uORF4、uORF5、uORF6进行敲除，并测定无转基因成分编辑系的直链淀粉含量。2022年和2023年两年的试验结果表明uORF6的两个突变体（wx-uorf6-1和wx-uorf6-2）均比对照品种直链淀粉含量提高1.5%左右，wx-uorf6-1的透明度优于对照品种。相反，uORF6的单拷贝插入突变体wx-uorf6D-1的直链淀粉含量与对照相比降低3.0%~3.5%，透明度变差，白粒率明显增加（图1E-H）。分子检测结果表明，uORF6突变不影响Wx基因的转录，但能使花后20天的籽粒中GBSS1蛋白的积累量增加。此外，作者证实两个拷贝uORF6串联的抑制作用强于单个uORF，而三个拷贝uORF6串联的抑制作用强于两个拷贝uORF6串联，而且适宜的Kozak序列对uORF6功能至关重要。这些发现说明，uORF6参与调节稻米直链淀粉含量，并可应用于半糯粳稻外观品质的改良。
作者和基金项目
江苏省农业科学院路凯副研究员为该文第一作者，江苏省农业科学院王才林研究员和扬州大学刘巧泉教授为共同通信作者。该研究得到国家重点研发计划（2023YFD1200900）、钟山生物育种实验室（BM2022008-02/03）、江苏省重点研发计划项目（BE2023355）、江苏省种业振兴揭榜挂帅项目（JBGS (2021) 041）的资助。该团队长期开展粳稻食味品质研究及新品种选育工作，选育的优质水稻品种南粳46、南粳9108、南粳5055、南粳5718等在长江中下游地区大面积推广。
