Improvement of Rice Seed Storability by Regulating Lipid Metabolism Using a CRISPR/Cas9 System

突变体 分解代谢 栽培 脂质代谢 脂质过氧化 食品科学 活性氧 生物 清脆的 生物化学 脂质氧化 化学 园艺 基因 抗氧化剂
作者
Tianshun Zhou,Dong Yu,Liying Wu,Yongjun Tan,Xiaoxiu Li,Zhizhong Sun,Xuewu Sun,Jin Chen,Meijuan Duan,Dingyang Yuan
出处
期刊:Journal of Agricultural and Food Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:73 (33): 20972-20983
标识
DOI:10.1021/acs.jafc.5c06276
摘要

Long-term storage of rice grain is critical for global food security, yet rice is inherently susceptible to deterioration during storage. Herein, rice seed storability was improved by targeting three key enzyme genes in the lipid metabolism pathway via CRISPR/Cas9 technology, and the mechanism underlying this was analyzed by an untargeted lipidomic approach. Our findings demonstrate that the significantly inferior seed storability in the Yu-Zhen-Xiang (YZX) cultivar compared with the Xi-Li-Gong-Mi (XLGM) cultivar arises from accelerated lipid catabolism and reactive oxygen species (ROS) overproduction. Moreover, a fad2-1/lox3/pldα1 triple mutant in the YZX background was rapidly generated by FMPKC systems, and the mutant exhibited lower fatty acid accumulation and reduced ROS content, along with improved grain quality and nutritional value after accelerated aging. Lipidomic analysis indicated that diminished lipid hydrolysis and peroxidation collectively accounted for enhanced storability of the flp mutant. Collectively, this study establishes a robust strategy for rapidly and significantly improving rice aging tolerance, with potential applicability to other cereal crops for addressing critical challenges of grain storage.
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