Với sự cải thiện mức sống và chế độ ăn uống tinh chế, bệnh béo phì, tiểu đường và các bệnh mãn tính chuyển hóa khác do ít vận động và ăn quá nhiều đang ngày càng trở nên nghiêm trọng. Can thiệp chế độ ăn uống và chế độ ăn uống hợp lý là một trong những chiến lược hiệu quả để phòng ngừa và kiểm soát các bệnh mãn tính. Tinh bột kháng (RS) là thuật ngữ chung cho tinh bột và các sản phẩm phân hủy khó tiêu hóa và hấp thụ ở ruột non của những người khỏe mạnh. Là một loại chất xơ ăn kiêng mới, tinh bột kháng có chức năng sinh lý quan trọng trong việc ngăn ngừa và kiểm soát bệnh tiểu đường, giảm lipid máu, kiểm soát cân nặng và duy trì sức khỏe đường ruột. Lúa là cây lương thực chính ở Trung Quốc, nhưng hàm lượng tinh bột kháng trong các giống lúa thông thường rất thấp. Hiện nay, người ta biết rất ít về các gen chức năng liên quan đến quá trình tổng hợp tinh bột kháng và rất khó để cải thiện và canh tác các giống lúa có hàm lượng tinh bột kháng cao nếu không có sự hỗ trợ về mặt lý thuyết.
Nhóm nghiên cứu của Li Jiayang từ Viện Di truyền và sinh học phát triển của Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc và nhóm nghiên cứu của Wu Dianxing từ Viện Khoa học Nông nghiệp Hạt nhân của Đại học Chiết Giang đã đạt được tiến bộ mới trong nghiên cứu về cơ chế tổng hợp tinh bột kháng ở gạo. Trước đó, sự kết hợp của hai dự án nghiên cứu đã phát hiện ra rằng đột biến ở SSIIIa (enzym tổng hợp tinh bột hòa tan) đã làm tăng hàm lượng tinh bột kháng trong gạo indica từ dưới 2% lên 6%. Trong nghiên cứu mới nhất, nhóm cộng tác đã giải trình tự lại và nhân bản gen của một đột biến gạo rs4 có hàm lượng tinh bột kháng 10% thu được thông qua đột biến vật lý và phát hiện ra rằng kiểu hình tinh bột kháng cao của đột biến này là do đột biến đồng thời của gen SSIIIa và SSIIIb. Không có thay đổi đáng kể nào về hàm lượng tinh bột kháng của đột biến đơn ssIIIb, nhưng hàm lượng tinh bột kháng của đột biến kép ssIIIa ssIIIb tăng đáng kể so với đột biến đơn ssIIIa. Khi hàm lượng tinh bột kháng tăng lên, hàm lượng phức hợp amylose và lipid tinh bột trong thể đột biến kép ssIIIa ssIIIb cũng tăng lên đáng kể.
Sau đó, nghiên cứu tiếp tục làm sáng tỏ rằng cả SSIIIa và SSIIIb đều thuộc về các gen tương đồng của SSIII, nhưng SSIIIb chủ yếu được biểu hiện nhiều ở lá, trong khi SSIIIa được biểu hiện cụ thể ở hạt. Việc đưa gen SSIIIb do promoter mạnh điều khiển vào nền đột biến ssIIIa có thể khôi phục hàm lượng tinh bột kháng về mức kiểu hoang dã, cho thấy chức năng protein của SSIIIa và SSIIIb là giống nhau, trong khi sự khác biệt về chức năng giữa gen SSIIIa và SSIIIb chủ yếu là do promoter và kiểu biểu hiện khác nhau của hai gen này. Trong khi đó, hàm lượng tinh bột kháng của đột biến ssIIIa ssIIIb trong nền lúa japonica thấp hơn đáng kể so với đột biến ssIIIa ssIIIb trong nền lúa indica, cho thấy quá trình tổng hợp tinh bột kháng do SSIIIa và SSIIIb làm trung gian phụ thuộc vào các alen Wx được biểu hiện khác nhau ở lúa indica và japonica.
Phân tích cây phát sinh loài và hồ sơ biểu hiện của họ SS synthase tinh bột hòa tan trong nước cho thấy sự sao chép gen xảy ra giữa họ SSII và họ SSIII ở cây ngũ cốc, và các gen trước và sau khi sao chép có kiểu biểu hiện cụ thể. Một loại được biểu hiện cụ thể ở hạt, trong khi loại còn lại chủ yếu được biểu hiện nhiều ở lá. Trong khi đó, cây ngũ cốc sao chép gen SSII và SSIII có hàm lượng tinh bột tăng trong hạt trong khi có hàm lượng tinh bột kháng thấp hơn (dưới 2%), trong khi cây hai lá mầm chỉ có một gen tương đồng giữa SSII và SSIII có hàm lượng tinh bột thấp hơn và hàm lượng tinh bột kháng nói chung cao hơn (3-10%). Người ta suy đoán rằng sự khác biệt về kiểu sao chép và biểu hiện gen giữa SSII và SSIII có thể liên quan đến việc giảm hàm lượng tinh bột kháng trong hạt ngũ cốc.
Tóm lại, nghiên cứu này đã xác định và nhân bản một gen mới SSIIIb kiểm soát quá trình tổng hợp tinh bột kháng, đồng thời phân tích cơ chế phân tử và ý nghĩa tiến hóa của SSIIIb và SSIIIa cùng nhau điều chỉnh quá trình tổng hợp tinh bột kháng. Điều này cung cấp nguồn gen quan trọng để cải thiện chất lượng dinh dưỡng của lúa và canh tác các giống lúa chức năng có hàm lượng tinh bột kháng cao.
Nhóm nghiên cứu của Li Jiayang từ Viện Di truyền và sinh học phát triển của Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc và nhóm nghiên cứu của Wu Dianxing từ Viện Khoa học Nông nghiệp Hạt nhân của Đại học Chiết Giang đã đạt được tiến bộ mới trong nghiên cứu về cơ chế tổng hợp tinh bột kháng ở gạo. Trước đó, sự kết hợp của hai dự án nghiên cứu đã phát hiện ra rằng đột biến ở SSIIIa (enzym tổng hợp tinh bột hòa tan) đã làm tăng hàm lượng tinh bột kháng trong gạo indica từ dưới 2% lên 6%. Trong nghiên cứu mới nhất, nhóm cộng tác đã giải trình tự lại và nhân bản gen của một đột biến gạo rs4 có hàm lượng tinh bột kháng 10% thu được thông qua đột biến vật lý và phát hiện ra rằng kiểu hình tinh bột kháng cao của đột biến này là do đột biến đồng thời của gen SSIIIa và SSIIIb. Không có thay đổi đáng kể nào về hàm lượng tinh bột kháng của đột biến đơn ssIIIb, nhưng hàm lượng tinh bột kháng của đột biến kép ssIIIa ssIIIb tăng đáng kể so với đột biến đơn ssIIIa. Khi hàm lượng tinh bột kháng tăng lên, hàm lượng phức hợp amylose và lipid tinh bột trong thể đột biến kép ssIIIa ssIIIb cũng tăng lên đáng kể.
Sau đó, nghiên cứu tiếp tục làm sáng tỏ rằng cả SSIIIa và SSIIIb đều thuộc về các gen tương đồng của SSIII, nhưng SSIIIb chủ yếu được biểu hiện nhiều ở lá, trong khi SSIIIa được biểu hiện cụ thể ở hạt. Việc đưa gen SSIIIb do promoter mạnh điều khiển vào nền đột biến ssIIIa có thể khôi phục hàm lượng tinh bột kháng về mức kiểu hoang dã, cho thấy chức năng protein của SSIIIa và SSIIIb là giống nhau, trong khi sự khác biệt về chức năng giữa gen SSIIIa và SSIIIb chủ yếu là do promoter và kiểu biểu hiện khác nhau của hai gen này. Trong khi đó, hàm lượng tinh bột kháng của đột biến ssIIIa ssIIIb trong nền lúa japonica thấp hơn đáng kể so với đột biến ssIIIa ssIIIb trong nền lúa indica, cho thấy quá trình tổng hợp tinh bột kháng do SSIIIa và SSIIIb làm trung gian phụ thuộc vào các alen Wx được biểu hiện khác nhau ở lúa indica và japonica.
Phân tích cây phát sinh loài và hồ sơ biểu hiện của họ SS synthase tinh bột hòa tan trong nước cho thấy sự sao chép gen xảy ra giữa họ SSII và họ SSIII ở cây ngũ cốc, và các gen trước và sau khi sao chép có kiểu biểu hiện cụ thể. Một loại được biểu hiện cụ thể ở hạt, trong khi loại còn lại chủ yếu được biểu hiện nhiều ở lá. Trong khi đó, cây ngũ cốc sao chép gen SSII và SSIII có hàm lượng tinh bột tăng trong hạt trong khi có hàm lượng tinh bột kháng thấp hơn (dưới 2%), trong khi cây hai lá mầm chỉ có một gen tương đồng giữa SSII và SSIII có hàm lượng tinh bột thấp hơn và hàm lượng tinh bột kháng nói chung cao hơn (3-10%). Người ta suy đoán rằng sự khác biệt về kiểu sao chép và biểu hiện gen giữa SSII và SSIII có thể liên quan đến việc giảm hàm lượng tinh bột kháng trong hạt ngũ cốc.
Tóm lại, nghiên cứu này đã xác định và nhân bản một gen mới SSIIIb kiểm soát quá trình tổng hợp tinh bột kháng, đồng thời phân tích cơ chế phân tử và ý nghĩa tiến hóa của SSIIIb và SSIIIa cùng nhau điều chỉnh quá trình tổng hợp tinh bột kháng. Điều này cung cấp nguồn gen quan trọng để cải thiện chất lượng dinh dưỡng của lúa và canh tác các giống lúa chức năng có hàm lượng tinh bột kháng cao.
