Wissenschaftler haben gezeigt, dass der Funktionsverlust zweier paraloger Gene für die Stärkebiosynthese zu einem Anstieg des Gehalts an resistenter Stärke (RS) in gekochtem Reis beiträgt, was Einblicke in die Erzeugung von Sorten mit hohem RS-Gehalt in Reis und möglicherweise anderen Getreidearten liefert.
Diese Studie, die vom Team von Prof. LI Jiayang vom Institut für Genetik und Entwicklungsbiologie (IGDB) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und dem Team von Prof. Wu Dianxing von der Zhejiang University durchgeführt wurde, wurde online in veröffentlicht Proceedings of the National Academy of Sciences am 1. Mai.
Eine sitzende Lebensweise und langfristiges übermäßiges Essen führen zu Fettleibigkeit, Typ-2-Diabetes und damit verbundenen Komplikationen, die zu einer großen Bedrohung für die globale Gesundheit geworden sind. Diese Inzidenz könnte möglicherweise durch geeignete diätetische Ansätze reduziert werden, indem die Glukosehomöostase reguliert wird.
Im Gegensatz zu schnell verdaulicher Stärke ist RS eine Art Spezialstärke, die nicht im Dünndarm verdaut werden kann, sondern zur langsamen Fermentation in den Dickdarm überführt wird, was der Darmgesundheit zugute kommt und verschiedene damit zusammenhängende Erkrankungen wie Darmentzündungen verbessern kann Krankheit, Insulinresistenz und Typ-2-Diabetes sowie Gewichtskontrolle.
Reis ist eine ausgezeichnete Stärkequelle, aber der meiste gekochte Reis enthielt geringe Mengen an RS (SSIIIa, zuvor von den Teams von Li und Wu berichtet, ist ein Gen mit hohem RS-Gehalt. Der RS-Gehalt in der ssIIIa-Mutante mit Funktionsverlust in der Indica Reishintergrund mit einem Wxa-Allel erhöhte sich auf ~6 %.Obwohl SSIIIa und Wx zur RS-Bildung beitrugen, waren immer noch funktionalereRS-Gene erwünscht.
In Anbetracht dessen verwendeten die Forscher eine Hoch-RS-Mutante rs4 (~10 % RS-Gehalt), die durch physikalische Mutagenese erzeugt wurde. Durch genetische Analyse, Resequenzierung und Klonierung der segregierenden Population identifizierten sie ein neues Hoch-RS-Gen, SSIIIb, das zusätzlich zum SSIIIa-Mangel eine Frame-Shift-Mutation in der rs4-Mutante enthält.
Sie fanden heraus, dass die ssIIIb-Einzelmutation keine Auswirkung auf die RS-Werte hatte, aber als sie sich mit ssIIIa zur Bildung der Doppelmutante ssIIIa ssIIIb pyramidenförmig formte, stiegen die RS-Werte im Indica-Reis-Hintergrund weiter auf 10 % an. Die erhöhten RS-Spiegel in ssIIIa- und ssIIIa-ssIIIb-Mutanten waren mit erhöhten Amylose- und Lipidspiegeln verbunden.
Darüber hinaus zeigten die Forscher, dass SSIIIb- und SSIIIa-Proteine von paralogen Genen der Reis-SSIII-Familie abstammen, während SSIIIb aufgrund ihrer unterschiedlichen gewebespezifischen Expressionsmuster hauptsächlich in Blättern und SSIIIa hauptsächlich im Endosperm funktioniert. SSIII erfuhr eine Genduplikation in verschiedenen Getreidearten, wobei ein SSIII-Paralog hauptsächlich in Blättern und ein anderes im Endosperm exprimiert wurde. SSII zeigte auch ein ähnliches Evolutionsmuster wie SSIII. Die Duplikation von SSIII und SSII war mit einem hohen Gesamtstärkegehalt und niedrigen RS-Gehalten in den Samen der getesteten Getreidearten verbunden, verglichen mit einem niedrigen Stärkegehalt und hohen RS-Gehalten in getesteten zweikeimblättrigen Pflanzen.
Diese Ergebnisse liefern wichtige genetische Ressourcen für die Züchtung von Reissorten mit hohem RS-Wert, und die evolutionären Eigenschaften dieser Gene können die Erzeugung von Sorten mit hohem RS-Wert in verschiedenen Getreidearten erleichtern.
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Anqi Wang et al., Funktionsverlust von SSIIIa und SSIIIb verleiht gekochtem Reis koordiniert einen hohen RS-Gehalt, Proceedings of the National Academy of Sciences (2023). DOI: 10.1073/pnas.2220622120