Учёные добились прогресса в выведении риса с высоким содержанием резистентного крахмала
Исследование показало, что потеря функции двух паралогичных генов биосинтеза крахмала приводит к увеличению содержания резистентного крахмала (RS) в варёном рисе. Это открывает новые пути для создания сортов риса и, возможно, других злаков с высоким уровнем RS.
Работа, проведённая командой профессора Ли Цзяяна из Института генетики и биологии развития Китайской академии наук и командой профессора У Дяньсина из Чжэцзянского университета, была опубликована онлайн в Proceedings of the National Academy of Sciences 1 мая.
Малоподвижный образ жизни и хроническое переедание приводят к ожирению, диабету 2-го типа и связанным с ними осложнениям. Эту проблему можно смягчить с помощью диеты, регулирующей гомеостаз глюкозы.
В отличие от быстро перевариваемого крахмала, RS — это особый тип крахмала, который не переваривается в тонком кишечнике, а попадает в толстый кишечник для медленной ферментации. Это полезно для здоровья кишечника и может улучшить состояние при воспалительных заболеваниях кишечника, инсулинорезистентности, диабете 2-го типа, а также помочь в контроле веса.
Рис — отличный источник крахмала, но в большинстве сортов варёного риса уровень RS низкий (< 2%). Поэтому поиск новых генов RS имеет важное теоретическое и практическое значение для повышения питательной ценности риса.
Ранее команды Ли и У сообщали о гене SSIIIa, связанном с высоким содержанием RS. У мутанта с потерей функции ssIIIa в индиковом фоне с аллелем Wxa содержание RS увеличилось до ~6%. Хотя SSIIIa и Wx вносят вклад в формирование RS, требовалось найти больше функциональных генов RS.
Исследователи использовали мутант с высоким RS — rs4 (~10% RS), полученный с помощью физического мутагенеза. С помощью генетического анализа, повторного секвенирования и клонирования сегрегирующей популяции они идентифицировали новый ген высокого RS — SSIIIb, который в мутанте rs4 имеет мутацию сдвига рамки считывания в дополнение к дефекту SSIIIa.
Оказалось, что одиночная мутация ssIIIb не влияет на уровень RS, но в сочетании с ssIIIa в двойном мутанте ssIIIa ssIIIb уровень RS в индиковом фоне возрастает до 10%. Повышение RS у мутантов ssIIIa и ssIIIa ssIIIb связано с увеличением уровня амилозы и липидов.
Белки SSIIIb и SSIIIa происходят от паралогичных генов семейства SSIII риса, но функционируют в разных тканях: SSIIIb — в основном в листьях, а SSIIIa — в эндосперме, что обусловлено различиями в тканеспецифической экспрессии. Ген SSIII подвергся дупликации у разных злаков, причём один паралог экспрессируется в основном в листьях, а другой — в эндосперме. Ген SSII демонстрирует сходную эволюционную картину. Дупликация SSIII и SSII связана с высоким общим содержанием крахмала и низким уровнем RS в семенах исследованных злаков по сравнению с низким содержанием крахмала и высоким уровнем RS у исследованных двудольных растений.
Эти результаты предоставляют важные генетические ресурсы для селекции сортов риса с высоким RS. Эволюционные особенности этих генов могут способствовать созданию сортов с высоким RS и у других злаков.