Nature Genetics | 萬建民院士團隊揭示水稻堊白與種子活力的協同調控新機制

堊白是影響稻米外觀、加工和蒸煮食味品質的重要因素，而種子活力則直接影響到作物出苗整齊度與抗逆能力，是水稻生產中的關鍵性狀。一般認為粳稻堊白低但萌發速度慢，而秈稻則堊白高萌發速度快，堊白與種子活力間是否存在內在聯系長期以來未被闡明。

12月15日，南京農業大學萬建民院士團隊在Nature Genetics上發表了題為Natural variation in OsTPS8 confers differential regulation of chalkiness and seed vigor in indica andjaponica rice的研究論文，成功鑒定到一個調控稻米堊白的關鍵基因OsTPS8，其編碼海藻糖-6-磷酸合酶，深入解析了OsTPS8通過影響海藻糖-6-磷酸（Tre6P）合成，協同調控堊白形成與種子萌發的分子機制。

本團隊早在2002年從Asominori/IR24的染色體片段置換系中篩選獲得一份高堊白株系C50，構建遺傳分離群體，在水稻第8號染色體上定位到一個控制堊白的主效QTL qPGWC-8，進一步圖位克隆和轉基因驗證證實調控堊白的基因是OsTPS8，其編碼海藻糖-6-磷酸合成酶。研究發現，OsTPS8可與OsTPS1蛋白互作，抑制OsTPS1酶活性，從而降低胚乳中海藻糖-6-磷酸（Tre6P）的水平，進而降低對下游OsMYBS1轉錄因子及α-淀粉酶基因表達的抑制效應，發育胚乳中α-淀粉酶活性增加，促進胚乳淀粉降解，導致堊白形成。

圖1 qPGWC-8/OsTPS8 的圖位克隆與轉基因驗證

研究團隊在OsTPS8啟動子區鑒定到一個功能性SNP自然變異，影響了轉錄因子OsbHLH001對其的結合能力，從而造成OsTPS8在秈稻與粳稻中表達水平的差異。根據該自然變異，研究人員將OsTPS8劃分為OsTPS8ASO和OsTPS8IR24兩種單倍型，粳稻中保留了與野生稻一致的OsTPS8ASO單倍型，而OsTPS8IR24單倍型則在秈稻馴化過程中被優先選擇。研究發現攜帶OsTPS8IR24單倍型的種子（主要是秈稻）α-淀粉酶活性高萌發快，這可能是OsTPS8IR24單倍型在秈稻中被馴化選擇的動力。

圖2 OsTPS8IR24單倍型因高種子活力在秈稻中被馴化選擇

綜上，該研究首次揭示了“OsbHLH001–OsTPS8–Tre6P–OsMYBS1–α-淀粉酶”信號級聯通路，系統闡釋了OsTPS8如何通過調控Tre6P信號分子的水平，差異化調控稻米堊白和種子活力。這一發現不僅為理解秈粳稻在外觀品質與種子活力方面的差異提供了新視角，也為水稻分子育種提供了重要靶點，未來有望通過精準調控OsTPS8表達，實現外觀品質與種子活力的協同改良。

圖3 OsTPS8差異化調控籽粒堊白度與種子活力

南京農業大學博士生陳小麗（已畢業）和蔣小康、中國農業科學院作物科學研究所任玉龍研究員、南京農業大學董慧教授和王益華教授為論文的共同第一作者，萬建民院士、王益華教授與王海洋教授為本文的通訊作者。中國農科院作物科學研究所鄭曉明研究員、南京農業大學生科院鮑依群教授和團隊成員段二超、滕烜、王云龍等老師也參與了該項工作。研究得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金和江蘇省種業振興“揭榜掛帥”項目、中國農科院科技創新工程和南京農業大學中央高校基本科研業務費等項目資助。

文章鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41588-025-02429-2