DAP-seq助力揭示OsbZIP10-OsGIF1分子模塊調控稻米品質的作用機制

水稻是世界重要的糧食作物，全球約有三分之一的人口以水稻為主食。隨著人口的增長和飲食結構的改變，在對水稻產量的需求不斷增加的同時，對稻米品質的追求也在不斷提高。稻米品質包括食味品質、外觀品質和營養品質等多個方面，其中，直鏈淀粉含量是影響食味品質的重要因素之一。然而，稻米的食味和外觀品質的調控機制復雜，至今只闡明了一部分。

2024年7月9日，上海市農科院、安徽農業大學、浙江大學海南研究院等多家單位聯合在The Plant Journal（影響因子6.2）發表了題為“Transcription factor OsbZlP10 modulates rice grain quality by regulating OsGIF1”的研究論文。該研究借助DAP-seq揭示了OsbZIP10-OsGIF1分子模塊調控稻米品質的作用機制，為水稻精準設計育種提供了新的思路。

該研究發現一個bZIP家族轉錄因子OsbZIP10可以激活轉錄水稻籽粒發育的關鍵基因OsGIF1。利用基因編輯、過表達和遺傳雜交等方法，通過對不同遺傳背景下的水稻品種進行表型分析，揭示了OsbZIP10對稻米品質的影響。OsbZIP10基因敲除的水稻品種在不同的遺傳背景下均表現出較高的堊白率，但直鏈淀粉含量較低。這一結果表明，OsbZIP10對稻米的食味品質和外觀品質均有著重要的影響（圖1）。

圖1：OsbZIP10影響水稻的籽粒品質

通過DAP-seq和RNA-seq聯合分析發現，除了OsGIF1之外，OsbZIP10還調控了多個與灌漿過程相關的基因，包括編碼ADP-Glc焦磷酸化酶（AGPase）小亞基的OsAGPS1基因（圖2），以及參與活性氧（ROS）穩態調節的基因（圖3）。

圖2：OsbZIP10直接調控OsAGPS1和OsGIF1

圖3：OsbZIP10在籽粒形成過程中促進氧化還原穩態

此外，研究還發現OsbZIP10基因在粳稻和秈稻之間存在顯著的遺傳差異，大部分粳稻和秈稻品種屬于兩個不同的單倍型，這兩個單倍型與籽粒直鏈淀粉含量密切相關。在低直鏈淀粉含量的遺傳背景下，過表達與高直鏈淀粉含量相關的單倍型可以顯著增加直鏈淀粉含量。

該研究揭示了OsbZIP10-OsGIF1分子模塊在稻米品質調控中的重要作用，成果不僅為稻米品質調控提供了新的基因資源和分子網絡，也為稻米品質改良和設計育種提供了新的理論依據和實踐基礎（圖4）。

圖4：OsbZIP10-OsGIF1分子模塊調控稻米品質的作用機制