張秀瓊 吳殿星 袁名安 舒小麗

(浙江大學(xué)原子核農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，浙江 杭州 310029)

水稻(OryzasativaL.)是全球重要的糧食作物之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)有約三分之二的人口以稻米為主食，水稻已成為我國(guó)最重要的主糧之一。近幾十年來(lái)，我國(guó)水稻育種的重點(diǎn)一直是提高產(chǎn)量，從高產(chǎn)育種、超級(jí)稻育種到綠色超級(jí)稻育種，水稻產(chǎn)量育種已經(jīng)取得突出成果，其中超級(jí)稻產(chǎn)量已達(dá)到6 892.5 kg·hm-2[1]。但隨著物質(zhì)水平不斷提高，人們對(duì)稻米營(yíng)養(yǎng)保健功能的要求也不斷提高。稻米的物質(zhì)組分包括淀粉(85%～90%)、蛋白質(zhì)(7%～12%)、脂類(lèi)(0.3%～3%)以及礦質(zhì)元素和維生素等微量成分[2-4]。雖然稻米中的脂類(lèi)含量很少，但脂類(lèi)種類(lèi)組成合理、生理活性物質(zhì)豐富，具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和保健作用[4-5]。稻米中脂肪酸多為優(yōu)質(zhì)不飽和脂肪酸，其中花生烯酸、亞麻酸和亞油酸對(duì)防止動(dòng)脈硬化及高血膽固醇癥效果明顯，米糠油中的谷維素、植物甾醇、維生素E、角鯊烯等生理活性物質(zhì)，能明顯降低血脂和血清膽固醇，改善神經(jīng)系統(tǒng)障礙，具有抗氧化、抗炎、抗癌等作用[6]。稻米脂類(lèi)不僅具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，其組成和含量對(duì)稻米品質(zhì)尤其是對(duì)稻米淀粉的功能特性也有較大的影響[7]，合理調(diào)控稻米脂類(lèi)含量及組分對(duì)優(yōu)質(zhì)稻米育種和功能性稻米開(kāi)發(fā)具有重要意義。本文綜述了近年來(lái)稻米脂類(lèi)的功能特性及其生物調(diào)控的研究進(jìn)展，以期為功能性稻米研究開(kāi)發(fā)和優(yōu)質(zhì)水稻品種選育提供一定的理論參考。

1 稻米脂類(lèi)的特點(diǎn)

1.1 脂類(lèi)的分布及含量

脂類(lèi)在稻米籽粒中分布不均勻，51%分布在米胚部分，32%在表層，僅17%在胚乳層[8]；且在胚乳層中，脂類(lèi)分布也不均勻，主要分布在胚乳層的外周部，越往內(nèi)部核心，淀粉晶體越致密，脂類(lèi)含量越低[2]。稻米的脂類(lèi)含量受水稻品種、生長(zhǎng)環(huán)境、加工精度等因素影響[2,9-11]。糙米經(jīng)碾磨去除米糠(種皮、糊粉層、米胚)后制成精米，脂類(lèi)含量隨著碾制精度的提高而降低，糙米中脂類(lèi)含量約為1%～4%，精米中脂類(lèi)含量約為0.2%～2%[12]。我國(guó)培育的稻米中脂類(lèi)含量較高，精米中約為0.94%～1.2%[13]。此外，稻米脂類(lèi)含量與直鏈淀粉含量有一定的相關(guān)性[14]。

1.2 脂類(lèi)的分類(lèi)及組成

稻米的脂類(lèi)一般可分為非淀粉脂(non-starch lipids，NSL)和淀粉脂(starch lipids，SL)[15]。非淀粉脂是指淀粉顆粒表面的脂肪，主要以圓球體、脂肪體形式存在，且會(huì)與細(xì)胞膜、蛋白體等結(jié)合[16]，主要包括甘油脂類(lèi)(甘油三酯、磷脂、糖脂)和游離脂肪酸[17-18]，以及谷維素、生育酚、酚酸、植物甾醇、角鯊烯等生理活性物質(zhì)[6，19-20]。其中游離脂肪酸主要有油酸(C18：1, 32%～46%)、亞油酸(C18：2, 21%～36%)、棕櫚酸(C16：0, 23%～28%)，還有少量的硬脂酸(C18：0, 1.4%～2.4%)、豆蔻酸(C14：0, 0.5%～0.8%)、棕櫚油酸(C16：1, 0.4%～0.7%)、亞麻酸(C18：3, 0.4%～1.3%)，以及微量的月桂酸(C12：0)、花生酸(C20：0)、花生四烯酸(C20：4)等[21-24]。非淀粉脂主要分布在糙米的種皮和糊粉層(50%～55%)、內(nèi)胚乳(12%～19%)和米胚(14%～18%)中，含量為2.9%～3.4%[25]。

淀粉脂是指與淀粉顆粒結(jié)合的脂類(lèi)，主要為單?；?lèi)(游離脂肪酸、磷脂)[25-26]。單?；?lèi)的烴鏈與直鏈淀粉交錯(cuò)相連形成穩(wěn)定的螺旋狀淀粉-脂類(lèi)復(fù)合體[27-28]，而脂類(lèi)的羰基末端位于復(fù)合體的直鏈淀粉分子螺旋中，表現(xiàn)為脂類(lèi)被直鏈淀粉包裹[29-30]。游離脂肪酸中與淀粉相結(jié)合的主要是棕櫚酸(C16：0)和亞油酸(C18：2)[31]。淀粉脂主要存在于成熟稻米籽粒的胚乳中，大部分非淀粉脂在稻米脫糙、精制的過(guò)程中被去除，因此，內(nèi)胚乳中主要是以淀粉-脂類(lèi)復(fù)合物形式存在的淀粉脂，淀粉脂含量為0.21%～0.76%[32-33]。非糯性稻米淀粉脂含量較高，為0.3%～0.4%，糯性稻米中較少，僅含0.03%[14,34]

2 稻米脂類(lèi)的功能特性

2.1 脂類(lèi)與水稻生長(zhǎng)發(fā)育

脂類(lèi)是種子的主要貯藏物質(zhì)之一，其積累和代謝對(duì)種子活力有重要影響。Scandalios[35]認(rèn)為膜脂過(guò)氧化是種子劣變的主要原因之一。當(dāng)種子處于自然老化、病害等不利條件下時(shí)，種子膜系統(tǒng)的酶活性降低，更新修復(fù)作用減弱，脂類(lèi)中的不飽和脂肪酸被氧化產(chǎn)生的醛、酮等有毒物質(zhì)大量積累，導(dǎo)致細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)與功能受損，選擇性滲透能力降低，細(xì)胞內(nèi)含物外滲，從而使種子生理代謝失調(diào)，易受病菌侵染，田間出苗率和幼苗生長(zhǎng)勢(shì)降低。Wang等[36]研究表明，水稻脂質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白編碼基因OsLTPL36下調(diào)表達(dá)后，籽粒中脂質(zhì)含量顯著下降，抑制了種子發(fā)育和幼苗生長(zhǎng)。脂類(lèi)在水稻生長(zhǎng)發(fā)育期間的代謝變化對(duì)其生長(zhǎng)適應(yīng)性有重要影響，脂類(lèi)中的類(lèi)脂是細(xì)胞膜的重要組成成分，對(duì)植物細(xì)胞骨架重塑、生長(zhǎng)發(fā)育、逆境脅迫、激素響應(yīng)、衰老過(guò)程等具有顯著的生理效應(yīng)。研究表明，膜脂中的脂肪酸飽和程度與細(xì)胞抗冷性密切相關(guān)，增加膜脂中的不飽和脂肪酸含量能降低膜脂的相變溫度，不飽和脂肪酸比例越高，植物的相變溫度越低，抗寒性越強(qiáng)[37-38]。植物耐寒性增強(qiáng)主要表現(xiàn)為膜脂中不飽和度較高的脂肪酸含量增加[39-40]。王洪春等[41]對(duì)206個(gè)水稻品種種子干胚膜脂脂肪酸組成進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)抗冷品種的膜脂脂肪酸組成中亞油酸C18：2較多，油酸C18：1較少，其脂肪酸的不飽和指數(shù)高于不抗冷品種。Li等[42]在水稻中鑒定出一個(gè)擬南芥酰基輔酶合成酶5(Acyl coenzyme synthase 5，ACOS5)的同源基因OsACOS12，并認(rèn)為OsACOS12調(diào)控水稻花藥的合成，與水稻發(fā)育密切相關(guān)。Yang等[43]研究也表明，OsACOS12突變體水稻沒(méi)有成熟的花粉，花藥表皮的類(lèi)脂成分顯著減少，影響了水稻發(fā)育。Zhang等[44]研究表明雄性不育突變基因可參與水稻花粉發(fā)育過(guò)程中脂肪代謝及調(diào)控，雄性不育突變植株的花藥中脂肪成分含量有較大變化，尤其是脂肪酸積累變少，同時(shí)與脂肪代謝相關(guān)的其他基因表達(dá)模式發(fā)生改變。脂類(lèi)的下游代謝產(chǎn)物——茉莉酸，對(duì)植物生長(zhǎng)有廣泛的生理效應(yīng)，如抑制植物生長(zhǎng)和花粉粒萌發(fā)、促進(jìn)氣孔關(guān)閉、誘導(dǎo)卷須卷曲、促進(jìn)葉片衰老和果實(shí)成熟等，其作為內(nèi)源信號(hào)分子參與植物在機(jī)械傷害、病蟲(chóng)害、干旱、鹽脅迫、低溫等條件下的抗逆反應(yīng)，與植物抗逆性密切相關(guān)[45]。徐濤等[46]研究表明，茉莉酸信號(hào)傳導(dǎo)途徑參與了水稻的蟲(chóng)害誘導(dǎo)防御過(guò)程，且酚酸類(lèi)物質(zhì)是重要的化感作用物質(zhì)，與水稻化感抑草作用密切相關(guān)。水稻、小麥等作物通過(guò)根系分泌或殘?bào)w分解產(chǎn)生的酚酸類(lèi)物質(zhì)進(jìn)入土壤后，能被土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)物質(zhì)或腐植酸固定，并存留在根際土壤中，從而抑制雜草生長(zhǎng)，對(duì)作物和雜草生長(zhǎng)發(fā)育具有重要影響[47-48]。

2.2 脂類(lèi)與稻米品質(zhì)

脂類(lèi)作為稻米的重要組分，不僅具有豐富且獨(dú)特的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，而且對(duì)稻米品質(zhì)尤其是蒸煮食味品質(zhì)也具有較大影響。脂類(lèi)能與直鏈淀粉形成淀粉-脂類(lèi)復(fù)合體，使淀粉分子及晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而影響淀粉的膨脹性[27]、溶解性[28]、糊化性29]、膠黏度[30]、回生[49]等功能特性，進(jìn)而影響米飯的口感。直鏈淀粉由于分子內(nèi)氫鍵作用旋轉(zhuǎn)扭曲形成螺旋空腔結(jié)構(gòu)，脂類(lèi)分子在疏水作用推動(dòng)下進(jìn)入空腔內(nèi)部與直鏈淀粉形成穩(wěn)定的螺旋狀復(fù)合體，進(jìn)一步形成穩(wěn)定的Ⅴ-型晶體結(jié)構(gòu)[50-51]。脂類(lèi)與直鏈淀粉形成復(fù)合物，加速了淀粉無(wú)定型區(qū)的崩潰，降低了水分進(jìn)入淀粉顆粒內(nèi)部的阻力，直接表現(xiàn)為糊化熔點(diǎn)、峰值、終點(diǎn)溫度及焓變的降低，而增加稻米脂類(lèi)含量可提高其蒸煮性[52]。稻米中的磷脂和糖脂都可與淀粉作用，抑制淀粉的吸水性和膨脹性，提高淀粉的糊化溫度[53]。稻米的淀粉磷脂與淀粉糊化特性和熱特性密切相關(guān)，其中的溶血磷脂酰膽堿與淀粉冷膠黏度呈正相關(guān)，溶血磷脂酰乙醇胺與崩解值和回復(fù)值呈負(fù)相關(guān)[54]。脫脂后，米粉凝膠的糊化溫度、熱焓值、粘度和消減值降低，崩解值升高[55-56]。脂肪含量與米飯食味口感呈顯著正相關(guān)，稻米脂肪含量的高低直接影響米飯的適口性、滋味、光澤和氣味[57-59]。在一定范圍內(nèi)提高脂類(lèi)含量，能顯著改善稻米的食味品質(zhì)。

脂類(lèi)與淀粉相互作用還會(huì)影響稻米的消化性能。脂類(lèi)與淀粉形成的直鏈淀粉-脂類(lèi)復(fù)合物可降低淀粉的吸水膨脹能力和α-淀粉酶的水解力[60-61]。Kawai等[62]研究認(rèn)為脂類(lèi)與淀粉作用可降低淀粉的消化性，其原因是脂類(lèi)與淀粉的無(wú)定型區(qū)形成了較為穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，同時(shí)與直鏈淀粉復(fù)合，從而使淀粉顆粒結(jié)構(gòu)更為致密，吸水膨脹力降低，產(chǎn)生抗酶解性。Mangala等[63]研究發(fā)現(xiàn)稻米經(jīng)脫脂處理后，抗性淀粉含量顯著增加。胡盼等[64]研究發(fā)現(xiàn)淀粉顆粒表面脂肪能夠抑制淀粉的水解，這種抑制作用在糯性淀粉中表現(xiàn)不明顯，而隨著直鏈淀粉含量的升高，抑制作用越明顯，去除表面脂肪能夠顯著提高淀粉的水解速率。Guraya等[65]通過(guò)消化試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，具有長(zhǎng)鏈、飽和單甘酯的直鏈淀粉-脂質(zhì)復(fù)合體比具有短鏈、不飽和單甘酯復(fù)合體更能抵御體外消化，其原因是具有長(zhǎng)鏈、飽和度高的脂肪酸的直鏈淀粉-脂質(zhì)復(fù)合體穩(wěn)定性更高。

此外，脂類(lèi)在儲(chǔ)藏過(guò)程中氧化酸敗是稻米品質(zhì)劣變的主要原因[66]。Zhou等[21]研究認(rèn)為，稻米陳化變質(zhì)并不表現(xiàn)在總脂肪含量上的改變，而是各脂肪酸成分相對(duì)含量的變化。稻米在收獲、儲(chǔ)運(yùn)、加工過(guò)程中的物理?yè)p傷使脂肪與脂肪酶接觸，經(jīng)脂肪酶催化產(chǎn)生油酸、亞油酸、亞麻酸等不飽和脂肪酸；游離的多元不飽和脂肪酸再經(jīng)催化生成相應(yīng)的氫過(guò)氧化物，導(dǎo)致膜脂過(guò)氧化、膜的流動(dòng)性喪失、細(xì)胞膜透性增加，膜喪失完整性[2]；而產(chǎn)生的多元不飽和脂肪酸的氫過(guò)氧化物則被降解或自動(dòng)氧化為揮發(fā)性的醛、酮等揮發(fā)性物質(zhì)，從而產(chǎn)生陳米臭味，而且產(chǎn)生的脂肪酸和過(guò)氧化物會(huì)與營(yíng)養(yǎng)成分結(jié)合，降低稻米的食用和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[67]。

3 稻米脂類(lèi)的生物合成與代謝

3.1 脂類(lèi)的生物合成

脂類(lèi)主要以貯藏脂肪形式存在于稻米中。水稻種子在開(kāi)花后5～12 d迅速積累貯藏油脂，其主要成分是三酰甘油(triacylglycerol，TAG)，由脂肪酸與甘油脫水縮合生成具體合成步驟詳見(jiàn)圖1。 首先，脂肪酸在質(zhì)體中大量合成，種子中的蔗糖是脂肪酸合成的主要碳源，通過(guò)糖酵解途徑轉(zhuǎn)化成丙酮酸(pyruvic acid，PYR)，丙酮酸在脫氫酶(phosphate dehydrogenase，PDH)的作用下，生成乙酰CoA。乙酰CoA作為脂肪酸合成的底物，經(jīng)乙酰CoA羧化酶(acetyl CoA carboxylase，ACCase)、脂肪酸合成酶復(fù)合體(fatty acid synthase，F(xiàn)AS)等一系列酶催化合成16～18碳的飽和脂肪酸-ACP。然后，飽和脂肪酸-ACP在脂酰-ACP脫飽和酶(stearoyl-ACP desaturase，SAD)的作用下生成單不飽和脂肪酸-ACP。最后，在脂酰-ACP硫脂酶(acyl-ACP thioesterase，F(xiàn)AT)的催化下，將脂肪酸從ACP上釋放，脂肪酸合成終止。釋放后的游離脂肪酸，在長(zhǎng)鏈?；鵆oA合成酶(long-chain acyl-CoA synthetase，LACS)的作用下合成酰基-CoA，并從質(zhì)體轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞質(zhì)和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)[68-69]。在甘油-3-磷酸?；D(zhuǎn)移酶(glycerol-3-phosphate acyhransferase，GPAT)和溶血磷脂酸酰基轉(zhuǎn)移酶(lysophosphatidic acid acyhransferase，LPAT)的催化作用下，甘油-3-磷酸(glyceraldehydes-3-phosphate，G3P)的sn1和sn2位置各加一個(gè)?；鵆oA，再經(jīng)磷脂酸磷酸酶(phosphatidic acid phosphatase，PAP)催化脫去sn3位置上的磷酸，生成二酰甘油(diacylglycerol，DAG)，再經(jīng)二酰甘油酰基轉(zhuǎn)移酶(diacylglycerol acyltransferase, DGAT)催化加入第3個(gè)?；鵆oA，生成TAG[70]。

注：Hexose P：磷酸己糖；Triose P：磷酸丙糖；3GPA：三磷酸甘油酸；PEP：磷酸烯醇式丙酮酸；PYR：丙酮酸；AcCoA：乙酰CoA；ACCase：乙酰CoA羧化酶；FAS：脂肪酸合酶復(fù)合體；SAD：脂酰-ACP脫飽和酶；FATA：脂酰-ACP硫脂酶-A；FATB：脂酰-ACP硫脂酶-B；LACS：長(zhǎng)鏈?；鵆oA合成酶；GAP：3-磷酸甘油醛；GPAT：磷酸甘油?；D(zhuǎn)移酶；LPAT：溶血磷脂酸酰基轉(zhuǎn)移酶；PAP：磷脂酸磷酸酶；DAG：二酰甘油；DGAT：二酰甘油?；D(zhuǎn)移酶；TAG：三酰甘油；PDAT：磷脂二酰甘油?；D(zhuǎn)移酶；PDCT：磷脂酰膽堿轉(zhuǎn)移酶；CPT：膽堿磷酸轉(zhuǎn)移酶；PC：磷脂酰膽堿；FAD2：油酸去飽和酶；FAD3：亞油酸去飽和酶。Note: Hexose P: Hexose monophosphate. Triose P: Triose phosphate. 3GPA: 3-phosphoglycerate. PEP: Phosphoenolpyruvate. PYR: Pyruvic acid. AcCoA: Acetyl-coenzyme A. ACCase: Acetyl-CoA carboxylase. FAS: Fatty acid synthase. SAD: Stearoyl-ACP desaturase. FATA: Acyl-ACP thioesterase A. FATB: Acyl-ACP thioesterase B. LACS: Long-chain acyl-CoA synthetase. GAP: Glyceraldehydes-3-phosphate. GPAT: Glycerol-3-phosphate acyhransferase. LPAT: Lysophosphatidic acid acyhransferase. PAP: Phosphatidic acid phosphatase. DAG: Diacylglycerol. DGAT: Diacylglycerol aeyltransferase. TAG:Triacylglycerol. PDAT: Phospholipid:diacylglycerol acyhransferase. PDCT:Phosphatidylcholine transferase. CPT: CDP-choline: diaeylglycerol cholinephosphotransfemse. PC: Phosphatidyleholine. FAD2: Oleoyl desaturase. FAD3: Linoleoyl desaturase.圖1 植物種子中TAG生物合成途徑[70]Fig.1 Pathways for TAG biosynthesis in plant seeds[70]

3.2 脂類(lèi)的代謝變化

大量研究表明，脂類(lèi)在貯藏期的代謝和變化對(duì)稻米品質(zhì)有重要影響[71-76]。脂類(lèi)代謝和變化主要有2個(gè)途徑，一是脂肪的水解，脂肪被脂肪酶(lipase，LA)水解生成甘油和脂肪酸；二是脂類(lèi)的氧化，包括酶促氧化過(guò)程和非酶自動(dòng)氧化過(guò)程，以酶促氧化過(guò)程為主脂類(lèi)中的不飽和脂肪酸經(jīng)脂肪氧化酶(lipoxygenase，LOX)作用氧化分解生成揮發(fā)性的醛和酮類(lèi)羰基化合物。不飽和脂類(lèi)也會(huì)在有氧條件下自發(fā)地發(fā)生氧化反應(yīng)，生成過(guò)氧化物，并進(jìn)一步氧化成醛、酮、酸等化合物[77]。LA和LOX的共同作用降低了稻米儲(chǔ)藏穩(wěn)定性，同時(shí)稻米在儲(chǔ)藏期受微生物污染，這些微生物所代謝產(chǎn)生的酶也會(huì)進(jìn)一步加速脂類(lèi)的水解與氧化進(jìn)程[78]。此外，與細(xì)胞壁結(jié)合的酚酸類(lèi)物質(zhì)也會(huì)得到釋放進(jìn)而發(fā)生氧化反應(yīng)[79]。

圖2 脂肪代謝基本途徑[77]Fig.2 Pathways for TAG metabolism in seeds[77]

4 稻米脂肪的生物調(diào)控研究進(jìn)展

4.1 稻米脂肪含量的QTL定位

目前已有關(guān)于稻米脂肪含量QTL定位的報(bào)道[80]。如1998年，Kang等[81]利用Milyan923/Gihibyeo的重組自交系群體首次定位到1個(gè)稻米脂肪含量的QTL，其位于第7號(hào)染色體的KCD405-RZ395區(qū)間內(nèi)。吳長(zhǎng)明等[82]利用Asominori/IR24的重組自交系群體定位到1個(gè)控制稻米粗脂肪含量的QTL，位于第10號(hào)染色體上，貢獻(xiàn)率達(dá)19%。Hu等[83]利用Gui630/02428構(gòu)建的雙單倍體(double haploid，DH)群體定位到3個(gè)稻米粗脂肪含量的QTLs，共同解釋了44%的表型變異，其中qRFC-2和qRFC-5遺傳效應(yīng)較大，分別為24%和26%。于永紅等[84]利用協(xié)青早B/密陽(yáng)46的重組自交系群體檢測(cè)到4個(gè)控制稻米脂肪含量的QTL，且具有顯著的加性效應(yīng)，其中qLc-5的效應(yīng)最大，加性效應(yīng)為0.087，貢獻(xiàn)率為12.0%。Wang等[85]對(duì)水稻灌漿期籽粒粗脂肪含量進(jìn)行動(dòng)態(tài)QTL分析，在整個(gè)灌漿期共定位到10個(gè)控制脂肪含量的條件QTLs，其中灌漿初期(1～7 d)4個(gè)、灌漿中期(8～14 d)2個(gè)，灌漿后期(15～21 d)1個(gè)，成熟期(22～28 d)3個(gè)，且每個(gè)QTL都僅在一個(gè)時(shí)期被檢測(cè)到，說(shuō)明這些在不同時(shí)期的表達(dá)基因控制脂肪的合成。Liu等[86]利用DH系和兩個(gè)回交群體進(jìn)行稻米脂肪含量的QTLs分析，共檢測(cè)到分布在第1、第3、第5、第9號(hào)染色體上的14個(gè)QTLs，其中第5號(hào)染色體上的qCFC5位點(diǎn)是一個(gè)主效QTL，在3個(gè)群體中同時(shí)檢測(cè)到，貢獻(xiàn)率為10.67%～25.77%。Qin等[87]利用Samgang/Nagdong構(gòu)建的DH群體共檢測(cè)到8個(gè)控制脂肪含量的QTLs，貢獻(xiàn)率在2.52%～7.86%之間，其中qLC5.1和qLC6.1在4年中均被重復(fù)檢測(cè)到，平均LOD值分別為4.85和4.21。Shen等[88]利用Sasanishiki/Habataki的重組自交系群體檢測(cè)到影響稻米脂肪含量的3個(gè)主效QTLs，位于第3、第6、第11號(hào)染色體上的qFC3、qFC6和qFC11，貢獻(xiàn)率分別為11.59%、15.48%和18.58%。Kim等[89]利用Samgang與高脂突變體P31-2-2-2-B-B構(gòu)建的F3群體進(jìn)行脂肪含量的QTL分析，并認(rèn)為脂肪含量是由多基因控制的數(shù)量性狀，根據(jù)F3群體分析的廣義遺傳力約為89.6%，并定位到一個(gè)主效QTL，位于第5號(hào)染色體5007-5014區(qū)間內(nèi)的qRLC5。Ying等[90]利用FAZ2/JZ1560的重組自交系共定位到29個(gè)QTLs，其中有11個(gè)QTLs是擬南芥脂肪代謝的關(guān)鍵酶的同源基因。Yun等[91]對(duì)稻米品質(zhì)相關(guān)的QTLs進(jìn)行分析，檢測(cè)出3個(gè)脂肪含量的QTLs，分布在第2、第3、第6號(hào)染色體上。Tong等[92]利用20個(gè)水稻品種對(duì)稻米胚乳磷脂(lysophospholipid，LPL)進(jìn)行QTL分析，發(fā)現(xiàn)了22個(gè)控制稻米LPLs(除LPC14：0和LPE14：0)的主效QTL，其中QTLsqC160-6-1/qC160-6-2、qC182-11、qE182-11分別是磷脂合成途徑中氨基醇磷酸轉(zhuǎn)移酶(aminoalcohoplhosphotransferase，AAPT)、磷脂酶(phospholipase D，PLD)、磷脂酶A2(phospholipase A2，PLA2)的基因。李修平等[93]利用QTL圖譜整合法將在多個(gè)群體中鑒定的QTL映射分析，得到12個(gè)與脂肪含量相關(guān)的“真實(shí)”QTLs及其連鎖標(biāo)記，分布在水稻第3、第5、第6、第7和第8號(hào)染色體。目前已檢測(cè)出多個(gè)與水稻脂肪含量相關(guān)的QTLs(詳見(jiàn)表1)，主要分布于第1、第2、第3、第5、第6、第8號(hào)染色體上，但多為初級(jí)定位，區(qū)間較大，很難直接在分子輔助育種中應(yīng)用，必須進(jìn)行更精細(xì)的定位。

表1 稻米脂肪含量的主要 QTLsTable 1 The main QTLs of rice lipid

注：KAS Ⅰ：β-酮脂酰ACP合酶Ⅰ；FAE1：β-酮脂酰CoA合酶；FATB：脂酰-ACP硫脂酶-B；AOCT：脂酰-CoA硫脂酶-B；LPAAT：溶血磷脂酸?；D(zhuǎn)移酶；DGAT：二酰甘油?；D(zhuǎn)移酶。

Note: KAS I: Ketoacyl-ACP synthase Ⅰ. FAE1: Ketoacyl-CoA synthase. FATB: Acyl-ACP thioesterase. AOCT: Acyl-CoA thioesterase. LPAAT: Lysophosphatidate acyltransferase. DGAT: Acyl-CoA:Diacylglycerol acyltransferase.

4.2 稻米脂肪的分子調(diào)控

脂肪的生物合成是一系列酶相互作用的調(diào)控過(guò)程。Sasaki等[94]研究表明水稻脂肪合成途徑的關(guān)鍵酶ACCase為同質(zhì)型多功能酶，三個(gè)功能結(jié)構(gòu)域生物素羧化酶(biotin carboxylase，BC)、生物素羧基載體蛋白(biotin carboxyl carrier protein，BCCP)、羧基轉(zhuǎn)移酶(carboxyltransferase，CT)在肽鏈上依次排列形成ACC全酶，水稻由于缺失編碼β-CT的accD基因而沒(méi)有異質(zhì)型ACCase，但關(guān)于同質(zhì)型ACC基因克隆的研究尚未見(jiàn)報(bào)道[95]。目前已有對(duì)水稻脂肪合成途徑中的相關(guān)酶及基因的研究報(bào)道，如β-酮脂酰-ACP合酶(β-Ketoacyl-ACP synthase, KAS)、脂酰-ACP硫脂酶(Acyl-ACP thioesterase，F(xiàn)AT)、溶血磷脂酸酰基轉(zhuǎn)移酶(lysophosphatidate acyltransferase，LPAAT)、二酰甘油?；D(zhuǎn)移酶(diacylglycerol acyltransferase，DGAT)的QTLs已被檢測(cè)出[92,96]。Ichihara等[97]研究表明在水稻種子脂肪積累時(shí)期，?；o酶A合成酶(Acyl-coA synthetase，ACS)活性明顯增強(qiáng)，且表現(xiàn)出廣泛的脂肪酸底物特異性，在催化含有Δ9-Δ11雙鍵的C16-C18酰基鏈時(shí)活性最高。Cheah等[98]利用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法向水稻中轉(zhuǎn)入Ω-3脂肪酸脫飽和酶(omega-3 fatty acid desaturase，SK-FAD3)、Δ9碳鏈延長(zhǎng)酶(DELTA9-elongase,IgASE1)、Δ8-脫飽和酶(delta8-desaturase,efd1)和Δ5-脫飽和酶(delta5-desaturase,MortΔ5)共表達(dá)生成花生四烯酸(arachidonic, ARA)和二十碳五烯酸(eicosapentaenoic acid, EPA)，且4個(gè)基因均成功轉(zhuǎn)入水稻并表達(dá)，并在轉(zhuǎn)基因株系T0和T1的葉片中檢測(cè)到二十碳二烯酸(eicosadienoic acid, EDA)、二十碳三烯酸(eicosatrienoic acid, ETrA)和ARA，進(jìn)一步對(duì)種子脂肪含量進(jìn)行分析，轉(zhuǎn)基因水稻T0-2、T0-4和T0-5的種子中亞麻酸含量增加1%～2%，T0-4的種子中亞麻酸增加到0.2%，為通過(guò)轉(zhuǎn)基因方式調(diào)控稻米脂類(lèi)含量及組分提供了參考。Zaplin等[99]研究表明，水稻OsFAD2-1編碼的酶與其他植物一樣也具有脫飽和作用，可將油酸轉(zhuǎn)化為亞油酸，用RNA干擾技術(shù)抑制OsFAD2-1基因的表達(dá)，可增加稻米油酸含量，降低亞油酸含量。Kirsch等[100]研究表明，向水稻中轉(zhuǎn)入煙草NtFAD3基因并表達(dá)，可將亞油酸轉(zhuǎn)化為亞麻酸，調(diào)控稻米脂肪酸飽和度。脂類(lèi)合成底物及轉(zhuǎn)運(yùn)的相關(guān)基因也能影響稻米脂類(lèi)含量。如吳關(guān)庭等[101]通過(guò)反義表達(dá)技術(shù)途徑，向水稻中轉(zhuǎn)入反義PEPCase基因抑制PEPCase活性，發(fā)現(xiàn)用于脂肪合成的碳源明顯增加，稻米脂肪含量顯著增加；張邊江等[102]研究表明，向水稻中直接轉(zhuǎn)入PEPC基因也有利于脂肪的積累。Wang等[36]發(fā)現(xiàn)水稻脂質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白編碼基因OsLTPL36下調(diào)表達(dá)后，其籽粒中脂質(zhì)含量顯著下降。唐躍輝[103]對(duì)水稻OsWRI1、麻瘋樹(shù)JcERF035等AP2/ERF家族基因的功能進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)入OsWRI1基因的株系的葉片和胚乳中脂肪含量增加，脂肪酸組分發(fā)生改變，糖酵解和脂肪酸合成途徑相關(guān)基因表達(dá)水平增加，OsWRI1基因參與調(diào)控稻米脂肪合成。

盡管水稻中已有很多相關(guān)QTL被鑒定出來(lái)，但克隆的脂肪代謝相關(guān)基因數(shù)量較少[104]，主要集中于脂類(lèi)氧化反應(yīng)的脂肪酸氧化酶LOX基因的研究。研究表明，LOX是導(dǎo)致稻米陳化和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)下降的重要因素之一[106]。水稻LOX有3種同工酶[107]，即LOX1、LOX2和LOX3，并具有不同的催化產(chǎn)物專(zhuān)一性，其中LOX1和LOX2催化底物生成基本等量的13-HPOD和9-HPOD，主要在種子萌發(fā)過(guò)程中表達(dá)；LOX3催化底物主要生成9-HPOD，主要存在于糊粉層中，在胚成熟期和種子儲(chǔ)藏期大量表達(dá)[107-108]。水稻種胚LOX同工酶的生理功能也存在差異。如Suzuki等[109]發(fā)現(xiàn)LOX3缺失突變體的己醛、戊醛和戊醇等揮發(fā)性物質(zhì)顯著低于普通品種，LOX3的缺失可延緩氧化酸敗，提高稻米的耐貯性；并用LOX3缺失體Dave Dam與LOX3活性正常的水稻品種雜交組合來(lái)研究其遺傳性，發(fā)現(xiàn)LOX3的缺失是受單隱性基因控制，LOX3的缺失并未影響水稻的生長(zhǎng)發(fā)育[69]。張瑛等[110]對(duì)LOX同工酶缺失水稻品種進(jìn)行稻谷貯藏試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)LOX1、LOX2的缺失對(duì)延長(zhǎng)種子壽命與活力起著關(guān)鍵的作用，而LOX3缺失可減輕稻谷儲(chǔ)藏中倉(cāng)儲(chǔ)害蟲(chóng)帶來(lái)的危害。曹立勇等[111]利用花培法建立了專(zhuān)用于LOX3缺失相關(guān)基因定位的DH群體。王澎[112]對(duì)LOX3基因進(jìn)行精細(xì)定位，將LOX-3基因定位于水稻第3號(hào)染色體SSR標(biāo)記RM3405和SSR3-183之間，與兩標(biāo)記間的距離分別為0.46 cM和0.15 cM。

5 展望

脂類(lèi)作為稻米中含量第三豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，是影響稻米品質(zhì)的重要因素，在水稻品質(zhì)改良育種中受到越來(lái)越廣泛的關(guān)注。隨著稻米脂類(lèi)相關(guān)研究的大量展開(kāi)，稻米脂類(lèi)的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值及功能特性得到認(rèn)識(shí)，脂類(lèi)影響稻米品質(zhì)的機(jī)理已基本明確，脂類(lèi)與淀粉相互作用影響淀粉的功能特性可直接引起稻米蒸煮食味品質(zhì)的變化[66,67]，但脂類(lèi)對(duì)稻米消化性能的影響尚不明確，相關(guān)報(bào)道尚鮮見(jiàn)。稻米作為主食為人體提供能量，其消化吸收直接影響人體血糖穩(wěn)態(tài)和代謝健康。水稻常規(guī)品種的稻米脂類(lèi)含量較低，目前主要通過(guò)外源添加脂肪和脫去脂肪2種處理來(lái)研究脂類(lèi)對(duì)淀粉消化性能的影響[60,66-67]，但外源添加脂肪與稻米自身脂肪酸組成有所不同，而脫脂處理也不一定完全，殘留脂類(lèi)和溶劑會(huì)對(duì)測(cè)定結(jié)果產(chǎn)生干擾。利用輻射誘變和轉(zhuǎn)基因技術(shù)獲得不同脂類(lèi)含量的水稻材料來(lái)進(jìn)行研究是一個(gè)較好的選擇。此外，目前檢測(cè)稻米中脂類(lèi)含量的手段主要有索氏抽提法、脂肪測(cè)定儀法、酸水解法等，其測(cè)定結(jié)果穩(wěn)定可靠，但索氏抽提法和肪測(cè)定儀法耗時(shí)長(zhǎng)、需大量揮發(fā)溶劑，且只能測(cè)定表面脂肪含量，低脂樣品測(cè)定的誤差較大；酸水解法可測(cè)定總脂肪含量，一次可測(cè)定多個(gè)樣品，但單次測(cè)定樣品量需求大，常使磷脂分解損失[113]。因此，為推動(dòng)稻米脂類(lèi)研究的高效開(kāi)展，脂類(lèi)的快速準(zhǔn)確檢測(cè)方法仍有待進(jìn)一步建立和完善。

在稻米脂類(lèi)的營(yíng)養(yǎng)保健功效及功能特性的研究基礎(chǔ)上，如何對(duì)稻米脂類(lèi)進(jìn)行調(diào)控是稻米品質(zhì)育種需要的重點(diǎn)研究方向。目前相關(guān)研究主要集中于脂類(lèi)的氧化變化、LOX同工酶及相關(guān)基因等研究，而稻米脂類(lèi)合成及代謝方面，雖然已經(jīng)定位了一些調(diào)控脂肪含量的QTLs，但多為初級(jí)定位，難以直接在分子育種中應(yīng)用；稻米脂類(lèi)合成途徑相關(guān)的酶和基因、脂類(lèi)的代謝網(wǎng)絡(luò)及調(diào)控機(jī)理等的研究尚鮮見(jiàn)報(bào)道，綜合利用分子標(biāo)記、基因克隆、生物信息學(xué)等新的研究工具進(jìn)一步探索，闡明稻米脂類(lèi)的代謝及調(diào)控機(jī)理，對(duì)稻米品質(zhì)改良育種、特種稻米開(kāi)發(fā)等具有重要意義。