随着人们生活水平的提高和生活方式的改变,肥胖、超重以及Ⅱ型糖尿病等慢性病患者的数量与日俱增。食用抗性淀粉(Resistant starch,RS)有助于维持餐后血糖浓度从而预防相关疾病。水稻作为大部分人碳水的主要来源,RS含量一般在1%以下,不足以发挥其对人体的积极作用。因此提高水稻中的RS成为当下的“主流”。本研究利用CRISPR/Cas9基因编辑技术在日本晴中创建了可溶性淀粉合成酶Ⅲ(SSⅢ)的两个编码基因SSⅢa/SS3a和SSⅢb/SS3b的单敲除和双敲除纯合突变系材料。通过对相关材料系统的农艺性状考察、消化特性分析、理化品质测定、淀粉精细结构测定以及淀粉粒形态观察,揭示了SS3a和SS3b在水稻叶片和胚乳淀粉合成以及稻米RS形成中的协同作用机制,创制了 RS含量高达9.54%-9.73%(野生型0.58%)、消化速率显著降低的营养健康水稻新种质,为培育高RS含量水稻新品种提供了新策略,并有助于进一步阐明谷物中淀粉合成相关基因的功能。具体结果如下:1、SS3a和SS3b的生物信息学分析发现二者的基因结构、蛋白结构域和氨基酸序列均高度保守。表达分析发现SS3a在籽粒胚乳中优势表达,,SS3b在叶片等营养器官中优势表达。利用CRISPR/Cas9基因编辑技术在日本晴中对SS3a和SS3b共敲除,经过多代基因型和表型筛选获得了纯合突变材料,包括SS3a单突变体(ss3a),,SS3b单突变体(ss3b)以及二者的双突变体(ss3a-ss3b)。通过对突变体材料农艺性状的考察,发现在苗期和灌浆阶段,突变体材料的发育情况与野生型相比无显著变化且不同突变体的粒长、粒宽与野生型相近,但ss3a以及ss3a-ss3b突变体的粒厚和千粒重显著降LY-188011价格低。2、消化特性方面,ss3a突变体的RS显著增加,总可消化淀selleck Compound 3粉含量以及消化速率显著降低;ss3a-ss3b突变体在ss3a的基础上影响效应增强;而ss3b突变体相比于野生型无明显变化。除消化特性外,SS3b突变后对于胚乳淀粉的理化品质也无显著影响,即与野生型对照在总淀粉含量、表观直链淀粉含量、甘油三酯含量、糊化温度和黏滞性上水平相当;但是SS3a和SS3b双突变后导致AAC和甘油三酯含量极显著增加,总淀粉含量、糊化温度和RVA谱显著降低。这些表明SS3a和SS3b在水稻胚乳淀粉合成和RS形成中具有协同效应。3、淀粉精细结构上,ss3b突变体胚乳的淀粉分子量分布无明显变化,而含有SS3a突变(ss3a和ss3a-ss3b突变体)胚乳的直链淀粉比例显著增加,支链淀粉长链(Ap2)比例显著降低,且ss3a-ss3b突变体中两者的变化幅度更大。在支链淀粉链长分布方面,SS3b突变也可以加强SS3a突speech-language pathologist变的表型。XRD结果表明,ss3a和ss3a-ss3b突变体胚乳淀粉的相对结晶度显著降低、直链淀粉-脂质复合物的比例显著增加,而ss3b突变体胚乳淀粉无显著变化。直链淀粉和直链淀粉脂质复合物含量的显著增加是相关突变体中RS含量显著增加的主要原因。4、ss3a和ss3a-ss3b突变体籽粒的垩白粒率和垩白度均显著增加,ss3b突变体的精米外观没有明显变化。通过淀粉粒形态观察发现ss3a和ss3a-ss3b突变体的胚乳淀粉粒和复合淀粉粒形态明显异常、排列松散,且ss3a-ss3b突变体的异常程度更重,而ss3b无明显变化,该结果解释了相关突变的籽粒垩白表型。5、在叶片中,SS3a突变后对于瞬时淀粉组成和精细结构均无显著影响;而ss3b突变体的总淀粉含量和支链淀粉B链(DP>12)比例显著降低,AAC略有增加;ss3a-ss3b双突的叶片总淀粉含量和支链淀粉B链比例在SS3b突变的基础上进一步降低,AAC无明显变化。在纯化后的叶片瞬时淀粉中,ss3a淀粉粒形态与野生型相比无明显变化,ss3b淀粉粒形状不规则且表面粗糙,ss3a-ss3b双突的淀粉粒形态异常程度加重。这些表明在叶片瞬时淀粉合成中SS3b起主要作用,SS3a与SS3b之间也存在明显的协同效应。