堊白是影響稻米外觀、加工和蒸煮食味品質(zhì)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(chǎn)中的關(guān)鍵性狀。一般認為粳稻堊白低但萌發(fā)速度慢，而秈稻則堊白高萌發(fā)速度快，堊白與種子活力間是否存在內(nèi)在聯(lián)系長期以來未被闡明。

12月15日，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)萬建民院士團隊在Nature Genetics上發(fā)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(diào)控稻米堊白的關(guān)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(xié)同調(diào)控堊白形成與種子萌發(fā)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(gòu)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(zhuǎn)基因驗證證實調(diào)控堊白的基因是OsTPS8，其編碼海藻糖-6-磷酸合成酶。研究發(fā)現(xiàn)，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(zhuǎn)錄因子及α-淀粉酶基因表達的抑制效應(yīng)，發(fā)育胚乳中α-淀粉酶活性增加，促進胚乳淀粉降解，導(dǎo)致堊白形成。

圖1 qPGWC-8/OsTPS8 的圖位克隆與轉(zhuǎn)基因驗證

研究團隊在OsTPS8啟動子區(qū)鑒定到一個功能性SNP自然變異，影響了轉(zhuǎn)錄因子OsbHLH001對其的結(jié)合能力，從而造成OsTPS8在秈稻與粳稻中表達水平的差異。根據(jù)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(yōu)先選擇。研究發(fā)現(xiàn)攜帶OsTPS8IR24單倍型的種子（主要是秈稻）α-淀粉酶活性高萌發(fā)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(lián)通路，系統(tǒng)闡釋了OsTPS8如何通過調(diào)控Tre6P信號分子的水平，差異化調(diào)控稻米堊白和種子活力。這一發(fā)現(xiàn)不僅為理解秈粳稻在外觀品質(zhì)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(diào)控OsTPS8表達，實現(xiàn)外觀品質(zhì)與種子活力的協(xié)同改良。

圖3 OsTPS8差異化調(diào)控籽粒堊白度與種子活力

南京農(nóng)業(yè)大學(xué)博士生陳小麗（已畢業(yè)）和蔣小康、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所任玉龍研究員、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)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(nóng)科院作物科學(xué)研究所鄭曉明研究員、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)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(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金和江蘇省種業(yè)振興“揭榜掛帥”項目、中國農(nóng)科院科技創(chuàng)新工程和南京農(nóng)業(yè)大學(xué)中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費等項目資助。

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