隨著生活水平不斷提高，肥胖癥、糖尿病和腸道疾病發生的幾率顯著增加，抗性淀粉具有降低血糖血脂、預防直腸癌等腸道和心腦血管疾病等多種保健功能，是理想的膳食來源。大麥是世界第四大禾谷類糧食作物，是藏族同胞的主糧。大麥籽粒中淀粉約占50%-70%，高抗性淀粉含量大麥可用作功能食品的重要原料。近日，小麥研究所鄭有良教授團隊江千濤教授研究組利用CRIPR/Cas9技術對大麥淀粉合成酶基因SSIIa進行基因編輯，獲得了高抗性淀粉大麥新種質，結合酶活、轉錄組和代謝組學闡明淀粉的特性變化機制，相關成果“Editing of the starch synthase IIa gene led to transcriptomic and metabolomic changes and high amylose starch in barley”發表在國際著名學術期刊《Carbohydrate Polymers》（中科院1區TOP，IF=9.381）。
該研究利用CRISPR/Cas9基因編輯技術創制了多個大麥SSIIa等位變異缺失突變體。突變體中SSIIa蛋白ADPG結合結構的破壞導致其功能的喪失從而顯著影響了突變體大麥籽粒淀粉的生物合成，其中直鏈淀粉和抗性淀粉含量分別約為野生型籽粒的2倍和6倍，耐消化能力顯著提升。組學和酶活分析表明，基因編輯植株中淀粉合成途徑的GBSSI、SSI、SSIIa、SBEI、PUL的表達水平發生顯著變化，引起GBSS酶活大幅增強，最終導致直鏈淀粉含量顯著增加。大麥基因編輯株系的淀粉特性發生顯著變化，其支鏈淀粉平均鏈長的減少導致了異常的熱力學特性，To、Tp、Tc和?H值顯著下降。利用13CNMR分析發現突變體中直鏈淀粉-脂質復合體含量高于野生型，導致基因編輯大麥株系淀粉的耐消化能力大幅增強，具有突出的營養保健功能。該研究為麥類淀粉品質改良和轉基因育種提供了理論依據和技術儲備。
該項成果是在中外合作的結晶，小麥研究所與英國John Innes Centre合作建立了大麥遺傳轉化和基因編輯技術平臺，與澳大利亞聯邦科工組織（CSIRO）合作開展麥類作物淀粉合成調控研究，本項成果是在三方共同協作下完成。中-英-澳聯合培養博士研究生楊強為論文第一作者，博士生丁金金、碩士生馮秀琴為并列第一作者，江千濤教授為通訊作者。該研究得到國家重點研發計劃、四川省國際科技交流合作項目、四川農業大學雙支計劃等項目資助。
