2025年10月29日，Plant Biotechnology Journal杂志在线发表了由我院刘巧泉团队撰写的“Moderate Regulation of SBEIIb Gene Expression by Editing Cis-Regulatory Elements Enhances the Resistant Starch Content in Rice”研究论文。该研究通过精准调控水稻淀粉分支酶基因SBEIIb的顺式调控元件，在不影响籽粒其它重要性状的前提下显著提升胚乳抗性淀粉（RS）含量，突破了高RS育种与不良性状耦合的技术瓶颈，为功能性高产作物育种开辟了新路径。

淀粉通常直接转化为葡萄糖，为体内细胞代谢活动提供能量，当细胞能量需求降低时，多余部分会以糖原或脂肪形式储存。因此，不恰当的饮食及体力活动不足或久坐生活方式会导致长期能量摄入大于消耗，增加肥胖和II型糖尿病等健康风险。抗性淀粉（Resistant Starch, RS）作为一种不易被消化吸收的膳食纤维，有助于预防糖尿病和高血脂等代谢疾病。然而，大多数水稻品种中RS含量较低，且利用CRISPR/Cas基因编辑和RNA干扰技术敲除或降低SBEIIb基因表达来提高RS含量的方法常伴随着籽粒皱缩、粉质胚乳、粒重下降等严重农艺性状缺陷，限制了高RS作物的应用。为解决这一问题，该研究提出了一种“适度调控”SBEIIb表达的策略，即通过精准编辑SBEIIb的顺式调控元件（Cis-Regulatory Elements, CREs），而非完全敲除该基因，以实现RS含量的提升而不影响其他重要农艺性状。

研究通过整合ATAC-seq数据和生物信息学分析，鉴定到两个调控SBEIIb表达的CREs，借助基因编辑技术对其微调，获得了RS含量提升的水稻材料。随后系统评估了CRE突变对突变体胚乳淀粉特性、籽粒形态、理化品质性状及主要农艺性状的影响。结果显示，CRE突变通过改变淀粉结构显著提升RS含量，虽引起轻微籽粒垩白，但成功避免了严重淀粉和籽粒形态缺陷，且主要田间农艺性状不受影响，实现了淀粉品质与农艺性状的平衡改良。

为了探究CRE突变对整个胚乳代谢网络的系统性影响，研究团队对SBEIIb-cre1&2突变体进行了转录组与代谢组联合分析。结果显示，突变体中蔗糖和葡萄糖含量上升，而果糖无显著变化，说明SBEIIb表达下调导致支链淀粉合成减少，进而引起可溶性糖积累。在淀粉合成相关基因中，OsAGPS2b、OsAGPL2、OsAGPL4和OsSSIIa表达上调，而OsGBSSI表达未变，说明RS的增加并非通过直链淀粉合成路径，而是通过改变支链淀粉结构实现。此外，氨基酸代谢和脂质代谢路径也发生了调整，提示淀粉代谢的改变引起了胚乳代谢网络的变化。

为进一步阐明CRE1和CRE2调控SBEIIb表达的分子机制，该研究通过DNA pull-down、Y1H、EMSA、双荧光瞬时表达、BiFC和Y2H等实验，证实NAC20、NAC23和NAC26转录因子能够结合CRE1和/或CRE2序列，从而调控SBEIIb基因的表达。综上所述，该研究提供了一种基于顺式调控元件编辑产生的有益等位基因以提高水稻中的RS含量，同时对主要农艺性状没有影响的有效方法，为高RS作物的培育提供了可行的策略。并解析了顺式调控元件调控SBEIIb表达和抗性淀粉合成代谢的分子机制，为深入理解水稻淀粉代谢网络的调控提供了理论基础。

我院杨晴晴副教授、硕士生叶莹为论文共同第一作者，刘巧泉教授和赵冬生副教授为该研究工作共同通讯作者。研究工作得到了国家自然科学基金、江苏省重点研发计划等项目的资助。