水稻胚乳中的淀粉是碳水化合物的储存形式,是人们从食物中获取能量的主要来源之一。随着人们生活水平的上升和对健康关注度的提升,低升糖指数、难以被消化吸收的抗性淀粉谷物正在被广泛追崇。目前已有多位学者通过抑制淀粉分支酶SBE的表达以提高谷物胚乳中的抗性淀粉含量,并已成功获得胚乳中抗性淀粉含量上升的水稻突变体。本研究利用National Ambulatory Medical Care SurveyCRISPR/Cas9基因编辑技术,对江浙沪主栽粳稻品种“嘉花1号”的SBEⅡb基因(LOC＿Os02g32660)进行编辑,通过农杆菌介导的遗传转化、植物组织培养selleck激酶抑制剂、分子育种等技术获得遗传稳定的四种类型编辑植株。对四种类型编辑植株进行淀粉合成相关基因的转录水平分析、农艺性状调查、胚乳外观和内部晶体结构观察、淀粉测定及消解程度和硬度测定等实验研究,主要研究结果如下:(1)本研究利用CRISPR/Cas9基因编辑技术得到四种类型编辑植株,分别将其命名为sbeⅡb-1、sbeⅡb-2、sbeⅡb-3、sbeⅡb-4。其中,sbeⅡb-1、sbeⅡb-2突变位于SBEⅡb基因的第三外显子区域,sbeⅡb-3、sbeⅡb-4突变位于SBEⅡb基因的第四外显子区域。(2)对四种类型编辑植株T_2代种子灌浆期的SBEⅡb基因及其淀粉合成相关基因的转录水平分析发现,sbeⅡb-1、sbeⅡb-2、sbeⅡb-3的SBEⅡb基因表达峰值在开花授精后的第15天,比野生型“嘉花1号”提前,而sbeⅡb-4在整个胚乳灌浆期该基因表达量极低,无明显表达峰值和变化。同时AGPsma、SSI、Flo5、ALK等与直链淀粉合成的相关基因表达量总体显著上调。(3)对四种类型编辑植株进行农艺性状调查、T_2代种子胚乳外观和内部晶体结构观察发现,sbeⅡb-1、sbeⅡb-2两种类型编辑的植株,其株高、穗长、结实率、粒重、粒宽、粒长等农艺性状与“嘉花1号”相比,出现不同程度的下降,差异明显。sbeⅡb-1、sbeⅡb-2的T_2代种子胚乳外观及晶体结构与野生型相似,无明显变化。sbeⅡb-3、sbeⅡb-4的T_2代种子胚乳出现垩白,胚乳中间淀粉呈不透明的白色状,晶体结构呈现无规则圆球状,晶体间紧密度降低,存在缝隙,周围有脂质状物质游离,与野生型相比差异明显。(4)对四种类型编辑植株的直链淀粉、抗性淀粉和总淀粉进行测定发现,sbeⅡb-1、sbeⅡb-2直链淀粉和抗性淀粉含量与野生型“嘉花1号”相似,无明显变化。sbeⅡb-3、sbeⅡb-4直链淀粉含量分别为20.23%与21.46%,比野生型15.9%上升约5%。sbeⅡb-3抗性淀粉含量(1.53 g/100 g)约是野生型“嘉花1号”(0.24g/100 g)的6.3倍,sbeⅡb-4抗性淀粉含量(1.72 g/100 g)约是野生型“嘉花1号”的7.2倍。(5)对四种类型编辑植株进行碱消解情况selleck NMR和硬度测定发现,sbeⅡb-1、sbeⅡb-2糙米硬度小幅度下降,耐碱消解程度与野生型相似,sbeⅡb-3、sbeⅡb-4糙米硬度较大幅度下降,冷米饭硬度较野生型小幅度上升,更耐碱消解。综上所述,本研究获得了两种类型抗性淀粉含量上升的稻米,其晶体结构、淀粉性质、稻米品质等与野生型相比差异显著,这一研究结果可为培育适宜糖尿病患者、肥胖症患者食用的功能性水稻提供了新的材料,同时丰富和充实了植物淀粉粒的形成和发育相关的知识;也为利用CRISPR/Cas9基因编辑技术改造水稻基因培育高抗性淀粉水稻提供了一定的理论基础和现实依据。