一作解读 | PP | 四川农业大学小麦研究所江千涛教授课题组利用基因编辑技术创制出“高糖低淀粉”大麦新种质

摘要：大麦（Hordeum vulgare L.）是全球第四大栽培谷物，其种子主要储存淀粉，约占籽粒重量的70%。淀粉由直链淀粉和支链淀粉组成。颗粒结合淀粉合成酶I（GBSSI，由Waxy基因编码，也称Wx基因）催化直链淀粉的生物合成，而可溶性淀粉合成酶SSIIa，

大麦（Hordeum vulgare L.）是全球第四大栽培谷物，其种子主要储存淀粉，约占籽粒重量的70%。淀粉由直链淀粉和支链淀粉组成。颗粒结合淀粉合成酶I（GBSSI，由Waxy基因编码，也称Wx基因）催化直链淀粉的生物合成，而可溶性淀粉合成酶SSIIa，则负责延伸支链淀粉的短链以优化淀粉结晶度。基因编辑技术的发展极大地推动了淀粉合成酶基因的修饰。

近期，四川农业大学小麦研究所魏育明教授团队的江千涛教授研究组在国际期刊《Plant Physiology》上发表了题为“Dual knockout of 2 starch synthase-related genes drives sugar reprogramming via metabolic rewiring in barley”的研究论文。

该研究通过基因编辑技术靶向编辑淀粉合酶基因SSIIa，并与化学诱变的wx突变植株杂交获得双突变体（ssIIa/wx），成功创制出“高糖低淀粉”大麦新种质。传统大麦籽粒中淀粉占比高达70%，而新创制的ssIIa/wx突变体淀粉含量锐减75%，取而代之的是可溶性糖总量飙升3.7倍。其中，麦芽糖含量暴增38.8倍（占可溶性糖24.1%）；果糖含量提升5.6倍，其低升糖指数特性满足健康食品需求；蔗糖积累量增长2.8倍，可作为天然甜味剂替代品。本研究大麦籽粒的代谢路径从淀粉存储转向可溶性糖高效积累，为酿造、功能食品及生物能源产业提供了原料。

与先前报道的突变体相比，本研究具有突破性协同效应。单基因突变（如ssIIa缺失仅改变支链淀粉结构，wx缺失仅消除直链淀粉）无法实现糖分超积累；而ssIIa/wx直链淀粉和支链淀粉形成通路均受阻，破坏淀粉颗粒组装，糖分被积累。该种质独特的糖组成赋予其多元产业价值：高麦芽糖特性可简化啤酒发酵流程，降低糖化能耗；显著富集的果糖因其低升糖指数适用于糖尿病友好型食品；蔗糖与葡萄糖组合则为天然甜味剂开发提供新选择。但当前突变体千粒重下降42.5%，需通过回交育种或编辑籽粒灌浆基因来平衡产量与糖分性状。该研究为谷物代谢工程提供了概念验证，其"减淀粉-增糖分"策略有望拓展至其他主粮作物，推动绿色生物制造与健康食品产业升级。