香味是食品的一种重要品质性状,相较于普通大米,香米因具有诱人的香味而更受消费者的青睐,进而产生更高的经济价值。2-乙酰-1-吡咯啉(2-acetyl-1-pyrroline,2-AP)是香米产生香味的重要挥发物,水稻甜菜碱醛脱氢酶(BETAINE ALDEHYDE DEHYDROGENASE 2, BADH2)的不同突变类型均可以导致2-AP积累,产生香味(Okpala et al., 2019)。科学家发现这一机制在水稻、玉米、高粱、大豆、黄瓜等作物中均是保守的。目前,利用基因编辑技术已获得香稻品种(Tang et al., 2021)和香型玉米材料(Wang et al., 2021)。
高粱用做主食、饲料作物、酿造业以及生物能源产业原料。创制香型高粱材料,培育稻花香型高粱品种,将引领高粱作为高粱膳食纤维食品、酿酒、酿醋、饲草动物饲料等产业的高品质发展。
中国科学院遗传与发育生物学研究所谢旗研究组利用CRISPR/Cas9基因编辑技术在高粱中首次敲除了高粱SbBADH2基因,创制了新型香高粱。相比于野生型,sbbadh2突变体的种子和叶片均散发出独特的茉莉花香味,通过LC-MS检测到突变体籽粒和叶中2-AP含量的显著积累。在突变体干种子中,2-AP含量达0.177 mg/kg,在突变体植株嫩叶中2-AP含量高达0.801mg/kg。全株高粱是青贮饲料的第二大来源,因此,研究开展了草食动物的喂食试验。研究将野生型和sbbadh2突变植株叶子烘干磨成粉,分别均匀混入饲料中进行标准的兔子饲喂实验。结果表明,相比于野生型对照,添加sbbadh2香高粱植株干粉的饲料,对兔子更具有吸引力,显著提高了兔子的采食量(如图)。该研究证实了香型高粱的秸秆提高了食草动物的采食量,将对畜牧业的健康发展起到一定的促进作用。
相关研究成果在线发表在Journal of Integrative Plant Biology(DOI:10.1111/jipb.13232)上。研究工作得到中科院战略性先导科技专项(A类)“种子精准设计与创造”与中科院青年创新促进会的支持。
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运用基因编辑技术创制出新型香高粱,种子和叶片均散发出独特的茉莉花香味