水稻是我国重要的粮食作物。稻米的主要营养成分是淀粉和蛋白质，其中蛋白含量约7%左右，水稻蛋白主要成分是谷蛋白，是人体可吸收的蛋白。肾功能不全患者需要低蛋白饮食。早在2000年《日本肾脏学会杂志》就发表了《保存期慢性腎臓不全の食事療法における低蛋白米の有用性》的研究研究论文，文章结果表明低谷蛋白大米（LGC-1）代替普通大米能降低慢性肾脏病患者肌酐水平，延缓肾脏病进程。日本品种LGC-1及其衍生品种谷蛋白含量在3%左右，而肾脏病患者配餐需求谷蛋白含量更低的稻米。因此，如何进一步降低水稻蛋白含量同时提高品种产量是水稻低谷蛋白育种的重要目标。传统杂交育种、辐射诱变、化学诱变等方式在低谷蛋白育种中面临育种周期长、效率低等问题。2007年日本科学家明确了LGC-1的遗传机制，同时近年来合成水稻谷蛋白的多个基因已经克隆，为利用基因编辑开展低谷蛋白精准育种奠定了基础。
近日，粮作所杨杰团队在国际知名期刊Plant Science在线发表了题为“Efficient breeding of low glutelin content rice germplasm by simultaneous editing multiple glutelin genes via CRISPR/Cas9”的研究论文。该研究针对水稻谷蛋白合成基因A家族和B家族的多个基因的共有序列设计了三个靶点，以江苏大面积推广的粳稻品种武运粳7号为背景材料进行遗传转化，通过剔除外源基因序列，获得9个不同谷蛋白基因敲除的突变体，SDS-PAGE及组分蛋白含量测定，9个突变体蛋白含量均发生不同程度的下调，并获得谷蛋白含量在2%左右的低谷蛋白材料2份。比较部分谷蛋白突变体与野生型的农艺性状，发现除谷蛋白含量降低以外，抽穗期、株高、分蘖性以及每穗粒数等性状无显著变化，但千粒重以及垩白有些变化。谷蛋白越低，稻米心白增加，千粒重下降，灌浆充实度降低。该研究表明利用基因编辑可以快速创制谷蛋白含量更低的适合肾功能不全患者需求的水稻新种质，也为水稻品质改良提供新的策略。
江苏省农科院粮作所常规水稻育种团队陈智慧为论文第一作者，杨杰研究员、河南农业大学牛洪斌教授、澳大利亚联邦科学工业组织Zhu Qian-hao研究员为通讯作者。该研究得到了江苏省农业自主创新资金项目、国家自然科学基金国际合作项目、国家自然科学资金项目、江苏省农业生物学重点实验室开放课题的资助。