[发明专利]一种通过基因组编辑提高小麦抗性淀粉含量的方法及其技术体系

说明书

本发明公开了一种通过基因组编辑提高小麦抗性淀粉含量的方法及其技术体系。本发明提供了一种通过基因编辑技术提高小麦种子中的抗性淀粉含量和/或直链淀粉含量和/或总戊聚糖含量的方法，包括如下步骤：降低小麦中SBEIIa蛋白的丰度。所述“降低小麦中SBEIIa蛋白的丰度”具体可通过对SBEIIa基因进行基因编辑实现。本发明的发明人利用CRISPR/Cas9技术，定点编辑小麦SBEIIa基因，通过造成移码突变，敲除了小麦SBEIIa基因，获得了直链淀粉、抗性淀粉以及总戊聚糖(健康纤维)含量明显提高的新一代小麦新种质。本发明对于小麦育种具有重大的应用推广价值。

技术领域

本发明属于生物技术领域，涉及一种通过基因组编辑提高小麦抗性淀粉含量的方法及其技术体系。

背景技术

糖尿病、肥胖症和结肠癌等疾病是严重危害人类健康的慢性非传染性疾病。糖尿病(Diabetes Mellitus，DM)是一种因部分或完全胰岛素缺失、或细胞胰岛素受体减少、或受体敏感性下降导致的疾病，是由遗传和环境因素共同作用而导致的一种慢性、全身性的代谢性疾病。糖尿病及其并发症已成为严重危害人类健康的世界性公共卫生问题，引起了世界各国的高度重视。据国家统计局2004年报告，我国糖尿病患病人数已超过2000万。另据世界卫生组织预测，到2030年时，我国的糖尿病患者人数有可能翻一倍，达到4230万。糖尿病已被列为全球继心血管病、肿瘤之后第3位威胁人类健康的慢性非传染性疾病。糖尿病引起的血糖的代谢异常往往又引起血脂的代谢紊乱，出现高血脂症。这两种因素可导致血液黏稠度升高、血流缓慢，而易形成血栓、动脉硬化，造成血管病变，引起多种严重的慢性系列并发症出现。流行病学证据强烈提示在血糖水平、动脉粥样硬化形成、心血管事件的发生以及发病率和死亡率增加之间的相关关系。

抗性淀粉(resistant starch)又称抗酶解淀粉及难消化淀粉，主要存在于高直链、低支链淀粉籽粒或块茎中，其含量与高直链淀粉含量直线正相关。研究表明，抗性淀粉不能在小肠消化吸收和提供葡萄糖，可直接进人大肠被生理性细菌发酵，产生多种短链脂肪酸(丁酸等)和气体。此外，抗性淀粉还有刺激有益菌群生长、减少人体热量摄取、控制体重等功能。在小鼠和人类研究中，抗性淀粉可以预防大肠癌，提高大肠中短链脂肪酸含量。高直链淀粉(抗性淀粉)有助于防止非可逆性胰岛素抵抗的发展，降低血浆总脂、胆固醇和甘油三酯的浓度。Mantis等研究表明抗性淀粉可以促进餐后的脂质氧化，长时间食用则可以降低脂肪的累积，帮助控制体重。人体摄入高抗性淀粉食物，具有较少胰岛素反应，可延缓餐后血糖上升，有效控制糖尿病病情。丁玉琴等人对II型糖尿病大鼠血糖血脂水平与抗性淀粉的相关性进行研究，表明抗性淀粉能降低II型糖尿病大鼠血糖血脂和尿素氮，提示抗性淀粉具有减轻糖尿病症状的作用并可能有保护肾脏功能的作用。王竹等研究的抗性淀粉的代谢及对血糖的调节作用，证明抗性淀粉具有吸收慢的代谢特点，对调节血糖稳态，降低餐后胰岛素分泌，增强胰岛素敏感性有一定作用，并初步论述了抗性淀粉对餐后体内葡萄糖转运的影响，综合其他研究成果，预示抗性淀粉可能对预防慢性疾病的发生，减少餐后组织负荷有益。1992年，世界粮农组织(FAO)根据Englyst和欧洲抗性淀粉研究协作网(EURESTA)的建议，将抗性淀粉定义为：健康者小肠中不吸收的淀粉及其降解产物。此外，抗性淀粉具有低持水能力等加工特性，可以用于改善食品的加工工艺，增加食品的脆度、膨胀性及提高最终产品的质地。因此，可将其作为食品膳食纤维的功能成分，适量添加在食品中，制成不同特色的风味食品和功能食品。目前，国外已将抗性淀粉作为食品原配料或膳食纤维的强化剂应用到面类食品中，如面包、馒头、包子、通心面、饼干等。其中，值得一提的是抗性淀粉在面包中的应用。添加抗性淀粉的面包不仅膳食纤维成分得到了强化，而且在气孔结构、均匀性、体积和颜色等感官品质方面均比添加其他传统膳食纤维的营养强化面包好。抗性淀粉添加到通心粉和面条中可增加其耐煮性，有利于维持韧性结构，避免煮后出现粘连现象。因此，培育高抗性淀粉小麦，对人类健康和丰富膳食多样性具有重要意义。