首次發(fā)現(xiàn)！突變一個(gè)基因，水稻可產(chǎn)糖！

（2020.11.10?Plant Biotechnology Journal）

2020年11月，Communications Biology雜志在線發(fā)表了來(lái)自福建農(nóng)林大學(xué)的笠原龍四郎教授和名古屋大學(xué)變革性生命分子研究所合作題為“High-quality sugar production by osgcs1 rice”的研究論文。該研究發(fā)現(xiàn)使用CRISPR技術(shù)敲除水稻中的GCS1基因，從而導(dǎo)致受精失敗和花粉管依賴性胚珠增大（POEM）現(xiàn)象，轉(zhuǎn)而生成高純度的糖水。

早在2016年，笠原龍四郎教授就發(fā)現(xiàn)擬南芥中的gcs1基因的突變會(huì)導(dǎo)致受精失敗后，其胚珠會(huì)因沒(méi)有受精而增大，即出現(xiàn)花粉管依賴性胚珠增大（POEM）現(xiàn)象。因此該研究探討在水稻中是否也具有同樣的現(xiàn)象？該研究首先鑒定了水稻GCS1的兩個(gè)候選同源物，分別是OsGCS1（Os05g0269500）和類(lèi)似OsGCS1的同源物（Os09g0525700），然后利用CRISPR/CAS9基因組編輯技術(shù)敲除這兩個(gè)基因，最終發(fā)現(xiàn)，水稻受精失敗后，胚珠也會(huì)增大。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)增大的胚珠中充滿了液體而非淀粉，基因解析結(jié)果顯示，很可能含有形成淀粉的前體——蔗糖。

此外，該研究對(duì)液體的成分進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，液體中含有的糖成分中，蔗糖占98%，而果糖和葡萄糖僅分別占1%，無(wú)需純化就已經(jīng)是純度非常高的蔗糖液體。

目前已知的能生產(chǎn)蔗糖的作物只有甘蔗和甜菜兩種，雖然也有其他的產(chǎn)糖植物。而此次培育的“砂糖水稻”有望為世界提供“第三種產(chǎn)糖植物”。然而由于甘蔗和甜菜有地域限制性，在低溫或高溫條件下的產(chǎn)糖效率會(huì)顯著降低，但水稻目前從北到南都可以種植，這表明砂糖水稻也一樣，在任何地方都能產(chǎn)糖，今后有望成為突破全球產(chǎn)糖極限的新作物。