水稻是人類重要糧食來源，水稻的胚乳是其主要的營養物質。三倍體的水稻胚乳是由受精的極核發(fā)育而來。灌漿期的水稻胚乳由外向(xiàng)内依次包括糊粉層、亞糊粉層和澱粉胚乳三部分。成(chéng)熟胚乳的糊粉層爲活細胞，澱粉胚乳爲死細胞，位于二者之間的亞糊粉層細胞作爲一種(zhǒng)過(guò)渡細胞類型在發(fā)育早期既累積澱粉也累積蛋白質，在胚乳發(fā)育後(hòu)期分化爲澱粉胚乳。盡管糊粉層和澱粉胚乳細胞具有相同的發(fā)育起(qǐ)源，但它們的細胞學(xué)形态、基因表達、營養物質組成(chéng)和細胞命運卻有較大差異，其分子機理尚不清楚。

       中國(guó)科學(xué)院植物研究所研究員劉春明研究組在此前研究中，利用半粒種(zhǒng)子篩選方法獲得兩(liǎng)個糊粉層增厚的水稻品系ta1和ta2，對(duì)ta1品系進(jìn)行進(jìn)一步研究，發(fā)現ta1的糊粉層厚度約爲野生型的2倍，且增加的糊粉層由亞糊粉層細胞發(fā)育而來。圖位克隆結果表明，ta1糊粉層加厚的表型是由OsmtSSB1基因突變引起(qǐ)。該基因編碼一個定位于線粒體的單鏈DNA結合蛋白，在穎果的糊粉層、亞糊粉層和胚胎中高表達，而在澱粉胚乳中不表達。研究通過(guò)實驗發(fā)現OsmtSSB1-GFP定位于線粒體，具有特異的單鏈DNA結合活性。OsmtSSB1蛋白可分别與線粒體重組酶RECA3和DNA解旋酶TWINKLE互作。在野生型植物中，用RNA幹擾的技術降低RECA3或TWINKLE的表達可以模拟ta1糊粉層加厚表型。此外，ta1糊粉層細胞線粒體的異常DNA重組增加，電子傳遞鏈複合體I的含量及其NADH脫氫酶活性降低，導緻胚乳中線粒體形态異常和ATP含量降低。

       由此推測，OsmtSSB1可能(néng)是通過(guò)與RECA3和TWINKLE相互作用，抑制水稻糊粉層細胞線粒體基因組DNA異常重組，維持線粒體有效的能(néng)量供應。而有效的能(néng)量供給是亞糊粉層細胞分化爲澱粉胚乳細胞所必需的。科研人員通過(guò)多年的分子輔助育種(zhǒng)工作，將(jiāng)ta1糊粉層加厚性狀導入到紫米品種(zhǒng)紫香糯1306，并由此選育出糊粉層加厚、營養品質大幅度提高的紫米新品種(zhǒng)（中紫1号）。該研究提升了對(duì)胚乳細胞分化機理的了解，也爲禾谷類作物營養品質改良提高提供了新思路。

5月17日，相關研究成(chéng)果在線發(fā)表在Molecular Plant上。植物所博士研究生李東起(qǐ)爲論文第一作者，劉春明爲論文通訊作者。研究工作得到中科院戰略性先導科技專項（A類）、北京市科學(xué)技術委員會及科技部等的資助。該研究與山東農科院研究員張士永團隊合作完成(chéng)。