本文根据名古屋大学科研成果发布资料编译而成
福建农林大学的笠原龙四郎教授（原名古屋大学博士研究员）与名古屋大学变革性生命分子研究所（WPI-ITbM）的桑田启子特任助教、名古屋大学生物机能开发利用研究中心的野田口理孝副教授组成的研究团队发现，水稻受精失败时会生成高纯度的糖水，而非米粒（图1）。
图1：水稻的gcs1突变体表型与储存了液体的砂糖水稻 （图中比例尺：1mm）
（A）左为日本晴的种子（我们通常食用的米粒），右为此次培育的砂糖水稻（gcs1突变体）的增大胚珠。二者的体积没有显著差异。
（B）如箭头所示，砂糖水稻的胚珠内充满了液体而非淀粉。
（C、D）固定后的日本晴种子。观察了胚和胚乳。
（E、F）砂糖水稻的胚珠内部。可以看出，与日本晴的种子相比，完全没有形成胚和胚乳，内部充满了液体。D和F是用甲苯胺蓝染色后得到的示意图。
此前笠原等人于2016年发现就发现了双子叶植物拟南芥的花粉管依赖性胚珠增大（POEM）现象，也就是在受精失败后，其胚珠会因没有受精而增大。为调查单子叶植物水稻是否也能观察到这种现象，研究团队利用CRISPR/CAS9基因组编辑技术持续进行实验，最终发现，水稻受精失败后，胚珠也会增大。另外还发现，增大的胚珠中充满了液体而非淀粉，基因解析结果显示，很可能含有形成淀粉的前体——蔗糖。
研究团队对液体的成分进行分析发现，液体中含有的糖成分中，蔗糖占98％，而果糖和葡萄糖仅分别占1％，无需纯化就已经是纯度非常高的蔗糖液体（图2）。
图2：砂糖水稻的胚珠内储存了纯度非常高的庶糖
质量分析结果显示，砂糖水稻的胚珠内储存了1％的葡萄糖、1％的果糖和98％的庶糖。
目前已知的能生产蔗糖的作物只有甘蔗和甜菜两种，虽然也有其他的产糖植物，但蔗糖纯度都无法与这两种植物相比。而此次培育的“砂糖水稻”有望为世界提供“第三种产糖植物”。
甘蔗是主要分布在热带和亚热带地区的植物，而甜菜是主要分布在寒冷地区的植物，这些植物在低温或高温条件下的产糖效率会显著降低，但水稻目前从北海道到冲绳都可以种植，这表明砂糖水稻也一样，在日本的任何地方都能产糖，今后有望成为突破全球产糖极限的新作物。
笠原教授2013年入选了JST的先驱研究项目“旨在实现二氧化碳资源化的植物物质生产力强化与旨在利用生产物的基础技术开发”，发现POEM现象就是该项目先驱研究阶段的成果。
论文信息
题目：High-quality sugar production by osgcs1 rice
期刊： Communications Biology, （2020）3:617, October 2020.
URL：nature.com/articles/s42003-020-01329-x
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编译：JST客观日本编辑部
