?     子科生物報(bào)道：禾本科植物的胚乳累積的淀粉和貯藏蛋白是人類最重要的食物來(lái)源。根據(jù)在不同溶劑中的溶解度不同，水稻胚乳貯藏蛋白可分為谷蛋白、醇溶蛋白、清蛋白和球蛋白。其中清蛋白是水稻胚乳中最豐富的水溶性蛋白，也是最主要的致敏蛋白，對(duì)其積累調(diào)控機(jī)制尚不清楚。之前的研究結(jié)果表明水稻胚乳特異性表達(dá)的轉(zhuǎn)錄因子NAC20和NAC26發(fā)生突變會(huì)導(dǎo)致胚乳淀粉和貯藏蛋白積累減少，呈現(xiàn)粉質(zhì)胚乳表型。最近，中國(guó)科學(xué)院植物研究所/北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)學(xué)院劉春明團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)水稻品種中花11的NAC20/26雙敲除突變體nac20/26-3胚乳中醇溶蛋白累積略有減少，而16-kD清蛋白的累積幾乎消失。質(zhì)譜分析結(jié)果表明由Alb1、Alb2、Alb3、Alb4編碼的四種清蛋白豐度在nac20/26-3突變體中急劇降低。qRT-PCR分析顯示突變體胚乳所有編碼清白合成的五個(gè)基因Alb1-5的表達(dá)均大幅度降低。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)證明NAC20/26轉(zhuǎn)錄因子是通過(guò)與Alb1-5啟動(dòng)子區(qū)域的ACG保守基序結(jié)合激活胚乳中清蛋白基因表達(dá)，從而調(diào)控水稻胚乳清蛋白累積，其中NAC26的激活作用比NAC20更有效，這一活性差別是由于其中間區(qū)段的序列差異導(dǎo)致。通過(guò)酵母雙雜交試驗(yàn)，研究人員鑒定到與NAC20/26互作的水稻醇溶蛋白結(jié)合因子RPBF，并利用基因編輯技術(shù)獲得了兩個(gè)獨(dú)立的突變體rpbf-1和rpbf-2。這兩個(gè)突變體籽粒皺縮，胚乳中包括清蛋白在內(nèi)的多種貯藏蛋白含量均有部分降低。在rpbf突變體胚乳中Alb的表達(dá)量顯著降低，但RPBF不能直接結(jié)合編碼清蛋白基因的啟動(dòng)子，但是能夠與NAC20/26互作增強(qiáng)NAC20/26對(duì)16-kD清蛋白基因表達(dá)的激活活性，間接控制水稻胚乳中清蛋白的積累。這一研究詳細(xì)闡析了水稻胚乳中清蛋白累積的分子調(diào)控機(jī)理，為在育種過(guò)程中調(diào)控清蛋白含量奠定了基礎(chǔ)，也可能為大米消費(fèi)者應(yīng)對(duì)過(guò)敏原問(wèn)題提供了解決方案。

圖1. RPBF與NAC20/26互作調(diào)控水稻胚乳清蛋白累積的分子機(jī)制

     A. SDS-PAGE和抗體免疫分析顯示在rpbf 突變體中，多數(shù)儲(chǔ)藏蛋白累積均有降低，而在nac20/26-3雙突變體中主要是16-kD清蛋白消失。B. 水稻胚乳中最主要的水溶性蛋白是清蛋白，在nac20/26-3雙突變體幾乎消失。C. 體外轉(zhuǎn)錄激活分析顯示NAC20/26可以激活A(yù)lb1/2啟動(dòng)子表達(dá)，這種激活活性在有RPBF存在時(shí)更強(qiáng)。D. ACG基序?yàn)镹AC20和NAC26結(jié)合的核心元件，盡管RPBF不能直接與清蛋白基因啟動(dòng)子互作，但可通過(guò)與NAC20/26結(jié)合促進(jìn)其轉(zhuǎn)錄激活活性。

     該研究成果是劉春明團(tuán)隊(duì)與中國(guó)農(nóng)科院作物科學(xué)研究所萬(wàn)建民院士團(tuán)隊(duì)合作完成，于2022年12月29日在線發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Plant Biotechnology Journal。中國(guó)科學(xué)院植物研究所博士后吳明偉為本論文的第一作者，劉春明研究員為通訊作者。該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國(guó)科學(xué)創(chuàng)新工程和國(guó)家自然科學(xué)基金委項(xiàng)目的資助。