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                    客觀日本

                    日本教授在中國的科研新發現,福建農大與名古屋大開發成功“砂糖水稻”

                    2020年11月04日 農林牧漁

                    本文根據名古屋大學科研成果發布資料編譯而成

                    福建農林大學的笠原龍四郎教授(原名古屋大學博士研究員)與名古屋大學變革性生命分子研究所(WPI-ITbM)的桑田啟子特任助教、名古屋大學生物機能開發利用研究中心的野田口理孝副教授組成的研究團隊發現,水稻受精失敗時會生成高純度的糖水,而非米粒(圖1)。

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                    圖1:水稻的gcs1突變體表型與儲存了液體的砂糖水稻 (圖中比例尺:1mm)
                    (A)左為日本晴的種子(我們通常食用的米粒),右為此次培育的砂糖水稻(gcs1突變體)的增大胚珠。二者的體積沒有顯著差異。
                    (B)如箭頭所示,砂糖水稻的胚珠內充滿了液體而非淀粉。
                    (C、D)固定后的日本晴種子。觀察了胚和胚乳。
                    (E、F)砂糖水稻的胚珠內部??梢钥闯?,與日本晴的種子相比,完全沒有形成胚和胚乳,內部充滿了液體。D和F是用甲苯胺藍染色后得到的示意圖。

                    此前笠原等人于2016年發現就發現了雙子葉植物擬南芥的花粉管依賴性胚珠增大(POEM)現象,也就是在受精失敗后,其胚珠會因沒有受精而增大。為調查單子葉植物水稻是否也能觀察到這種現象,研究團隊利用CRISPR/CAS9基因組編輯技術持續進行實驗,最終發現,水稻受精失敗后,胚珠也會增大。另外還發現,增大的胚珠中充滿了液體而非淀粉,基因解析結果顯示,很可能含有形成淀粉的前體——蔗糖。

                    研究團隊對液體的成分進行分析發現,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%,無需純化就已經是純度非常高的蔗糖液體(圖2)。

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                    圖2:砂糖水稻的胚珠內儲存了純度非常高的庶糖
                    質量分析結果顯示,砂糖水稻的胚珠內儲存了1%的葡萄糖、1%的果糖和98%的庶糖。

                    目前已知的能生產蔗糖的作物只有甘蔗和甜菜兩種,雖然也有其他的產糖植物,但蔗糖純度都無法與這兩種植物相比。而此次培育的“砂糖水稻”有望為世界提供“第三種產糖植物”。

                    甘蔗是主要分布在熱帶和亞熱帶地區的植物,而甜菜是主要分布在寒冷地區的植物,這些植物在低溫或高溫條件下的產糖效率會顯著降低,但水稻目前從北海道到沖繩都可以種植,這表明砂糖水稻也一樣,在日本的任何地方都能產糖,今后有望成為突破全球產糖極限的新作物。

                    笠原教授2013年入選了JST的先驅研究項目“旨在實現二氧化碳資源化的植物物質生產力強化與旨在利用生產物的基礎技術開發”,發現POEM現象就是該項目先驅研究階段的成果。

                    論文信息
                    題目:High-quality sugar production by osgcs1 rice
                    期刊: Communications Biology, (2020)3:617, October 2020.
                    URL:nature.com/articles/s42003-020-01329-x

                    日語發布原文

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                    編譯:JST客觀日本編輯部