水稻堊白相關基因及其功能的研究進展

唐先宇，蕭浪濤，夏石頭*

（湖南農業大學 a.植物激素與生長發育湖南省重點實驗室；b.生物科學技術學院，長沙 410128）

堊白（chalkiness）是水稻（OryzasativaL.）稻米在成熟過程中因淀粉填充不充分而產生的未填充的微小間隙，導致大米宏觀上呈現出一種不透光的白色。高堊白稻米在機械強度上顯著劣于正常稻米，在加工過程中極易斷裂破碎，從而嚴重影響稻米的品質，增加了生產成本，降低了市場競爭力［1］。另外，高堊白稻米與正常稻米烹飪后的口感存在明顯差異，多為黏度與彈性降低。也有部分研究認為，稻米的堊白性狀與其口感無顯著相關性［1］。這可能是由于不同原因導致的堊白所引起的差異。

在早期研究中，人們認為堊白是典型的數量性狀，受遺傳因子和環境共同影響［2-4］，這導致早期水稻堊白研究進展緩慢，且大量基因水平上有關堊白性狀的研究工作難以全面詮釋堊白性狀的調控網絡。隨著近年來生物學研究技術的不斷革新進步，越來越多的堊白性狀相關突變體不斷被發現與研究，使得人們對調控堊白性狀的分子機理有了新的認識與理解。本文綜述了近年來水稻堊白相關基因的數量性狀基因座（quantitative trait locus，QTL）定位、克隆及其功能的研究進展。

1 堊白性狀的形成

在水稻籽粒的發育過程中，胚乳灌漿時伴隨有大量淀粉與蛋白質的積累與合成，而胚乳中淀粉組分的填充水平既影響產量還影響稻米品質［3］，在填充不完全的情況下，過多空隙使光線透過籽粒時被大量散射，形成白斑。堊白性狀是由于淀粉組分的不充分填充導致的，故其研究需要基于對稻米胚乳發育過程的了解。已有學者將水稻胚乳的發育分為4個階段：共細胞、細胞化、儲藏產物積累和成熟［5］。淀粉的積累主要集中在儲藏產物積累階段。在胚乳的發育過程中，淀粉的積累主要是先從胚乳中心區域開始，后逐步向外側擴散。其細胞程序性死亡（programmed cell death，PCD）試驗也得出了類似的結論［5］，即胚乳中心細胞膜完整性首先受到影響，然后向外圍擴散，且胚乳背部細胞中的淀粉粒通常大于側部細胞。淀粉和蛋白質的大量積累完成后，胚乳開始逐漸脫水，在儲藏產物積累和成熟的過程中，淀粉與蛋白質結晶，使得水稻籽粒形成半透明狀。因此，發育過程中因淀粉填充不完全所導致的堊白表型與儲藏產物的積累、淀粉合成代謝、能量物質運輸、胚乳與胚的能量物質競爭等途徑密切相關。

除遺傳因素外，灌漿時期的溫度、濕度、光照、水肥條件等許多因素都會顯著影響堊白的產生。其中，高溫及較低的直鏈淀粉的含量等往往正向調控堊白的產生［2-4］，水稻葉片的光合速率與其籽粒的堊白水平相關［6］，過高的灌漿速率也會導致較高的堊白水平［7-10］。此外，脫落酸（abscisic acid，ABA）在水稻灌漿期間起到了重要的調控作用，其含量的時空變化與水稻的堊白水平相關。在水稻灌漿的前中期，ABA能夠促進水稻灌漿，后期則抑制灌漿；而進一步的研究表明，赤霉素（gibberellin，GA）、ABA在胚乳與胚的養分競爭分配中起到了重要的調節作用［11-15］。

2 堊白性狀的QTL定位

在眾多影響因素中，研究者們發現，盡管粒長與粒寬的增加都可增加稻米千粒重、提高產量，但是粒寬與粒長同堊白性狀的相關性卻是相反的。粒寬的增加往往伴隨堊白率的增加［16］，粒長的增加則結果相反［17］。遺傳學規律表明，部分正向調控水稻堊白性狀的相關基因，即增加水稻堊白率的基因，與正向調控粒寬的基因高度連鎖，而部分反向調控水稻堊白性狀的相關基因與正向調控粒長的基因高度連鎖。為了利用該遺傳規律兼顧水稻的高產與品質，更多的育種工作者選擇培育長粒型而非寬粒型品種。這是因為正向調控堊白的基因與正向調控粒寬的基因高度連鎖，分離這兩類高度連鎖基因顯然很困難且效率低，反之，培育高粒長品種就能得到部分連鎖的反向調控堊白性狀的基因。

近年來測序技術的成熟，使得通過全基因組關聯研究（genome-wide association studies，GWAS）策略高效分析得到引起水稻堊白性狀的QTL位點成為可能。2003年，Li等［18］定位到4個影響稻米堊白水平的QTL，其中，qET-3與qET-8位點被證明能夠顯著調控堊白水平。2006年，沈圣泉等［19］再次鑒定到5個調控堊白水平的QTL，且qTR6-1對堊白的調控與環境因素存在顯著相關性。2014年，第一個控制稻米堊白的主效QTLChalk5基因被克隆［20］。2020年，國際水稻所通過多個不同堊白品種的比對，得到了746個與堊白性狀密切相關的QTL位點，除涵蓋了早年已發現的大量相關QTL位點外，許多未被發掘的QTL位點也已被發現［21］。分析與部分基因驗證結果表明，其涵蓋的Myb轉錄因子、脂質代謝、蠟質代謝、直鏈淀粉代謝、米粒尺寸等途徑相關基因與預測的調控水稻堊白性狀的單核苷酸多態性（single nucleotide polymorphism，SNP）位點存在重疊，且部分堊白調控相關基因存在上位作用。然而，針對米粒尺寸調控相關基因與預測位點重疊的基因精細定位與分析驗證結果表明，水稻粒寬與堊白之間的關系或許并不是由水稻粒寬相關基因引起的，因為僅有3個QTL區域與已知的粒寬QTL區域重合，且其中部分影響粒寬的關鍵基因與堊白的產生不存在較強的因果關系［21］。

3 堊白性狀相關基因及其功能

隨著研究的不斷深入，越來越多的證據表明，水稻可能通過影響能量產生、能量物質分配、淀粉合成與淀粉結構4類機制來調控稻米堊白性狀（圖1）。與之相應的是，堊白性狀相關基因可分為能量產生相關基因、能量物質分配相關基因、淀粉合成相關基因、淀粉體堆積結構相關基因和其他途徑相關基因。

圖1 水稻堊白的產生機制示意圖Fig.1 Schematic diagram of chalkiness mechanisms in rice

3.1 能量產生相關基因

由于稻谷依靠自身光合作用得到的能量相當有限，其主要能量與物質主要由其他營養生長器官提供，這使得稻米在發育過程中，其籽粒的呼吸作用相對光合作用對供能更為重要。倘若呼吸作用的能量產生受到限制，就會導致稻米發育時期干物質積累受阻，從而產生堊白表型。在近年發現的眾多堊白突變體中，FLO4（flouryendosperm4）［22］，FLO10（flouryendosperm10）［23］、FLO12（flouryendosperm12）［24］、FLO13（flouryendosperm13）［25］、FLO14（flouryendosperm14）［26］、FLO16（flouryendosperm16）［27］、FLO18（flouryendosperm18）［28］和FLO19（flouryendosperm19）［29］可通過影響水稻能量產生而導致堊白性狀，其中，FLO13與FLO16可直接影響能量的產生。FLO13編碼了呼吸鏈復合體1上的一個亞基OsNDUFA9，從而直接影響到能量的產生；而FLO16編碼了一個煙酰胺腺嘌呤二核苷酸依賴的細胞質蘋果酸脫氫酶，其突變導致蘋果酸穿梭系統無法正常運行，線粒體基質中質子濃度受到影響，從而影響到能量的產生。因FLO13與FLO16均參與線粒體的產能過程，導致flo13與flo16突變體表型也極其相似，相對于野生型，其米粒均扁平、發黃，同時伴隨有非常嚴重的幾乎覆蓋全橫截面的心白表型。FLO10、FLO14和FLO18雖也影響線粒體的產能過程，但是與FLO13和FLO16的直接影響不同的是，他們編碼了一類三角狀五肽重復（pentatricopeptide repeat，PPR）蛋白，FLO10與FLO18定位于線粒體，FLO14則定位于細胞核，FLO10、FLO14和FLO18可對線粒體NADH脫氫酶亞基編碼基因（NADHdehydrogenasesubunit，NAD）進行RNA編輯，調控其NADH脫氫酶活性，從而間接影響線粒體呼吸作用產能，產生堊白表型。由于FLO10、FLO14和FLO18也能影響線粒體的產能過程，flo10、flo14和flo18突變體米粒的表型也與flo13和flo16相似。FLO12與FLO19分別編碼了一個丙氨酸轉氨酶和一個丙酮酸脫氫酶復合體的E1-α亞基，能夠影響丙酮酸與乙酰輔酶A的積累，從而影響到下游線粒體的產能過程。flo12與flo19突變體米粒相對野生型米粒較扁，略微發黃，伴有嚴重的大面積心白表型。然而，相對于線粒體產能過程同樣受影響的flo10、flo13、flo14、flo16和flo18突變體而言，flo12與flo19突變體米粒心白面積較小，外層仍有較厚的正常無堊白組織，這或許可通過FLO12與FLO19所影響的丙氨酸轉氨與丙酮酸脫氫步驟存在更多更強的代償反應來解釋［29］。

水稻籽粒中，糖類是最豐富的物質。然而有趣的是，flo12突變是通過影響丙氨酸轉氨過程而抑制線粒體的產能過程的，這似乎暗示了氨基酸代謝在水稻籽粒發育過程中提供了相當一部分的能量［24］。2005年，Kang等［22］篩選到了一株帶有堊白性狀的T-DNA突變體，并命名為flo4。該研究發現，FLO4編碼了一個胞質丙酮酸磷酸雙激酶（C-type pyruvate orthophosphate dikinase，PPDK），該酶參與CO2的固定過程，同時為氨基酸合成提供碳骨架，在碳氮代謝過程中起到了重要的作用。目前，國內外一致認為，水稻籽粒中的蛋白含量與氮肥施用量成正相關［30-31］，同時，后期增施穗氮肥會增加水稻堊白粒率［32-33］。熊丹［34］發現，水稻在籽粒發育期間，其氨基酸含量呈現雙峰曲線變化，約在抽穗后15 d內丙氨酸相對含量呈現明顯的下降趨勢，隨后小幅上漲，20～25 d后出現第二個相對弱于第一次的下降趨勢后逐漸穩定。也有研究表明，堊白部分的醇溶谷蛋白和球蛋白明顯低于非堊白部分［35］。這些證據表明，在水稻籽粒發育期間，氨基酸也提供了相當一部分的能量。先前的研究認為，FLO12在植物中扮演了一個調控碳氮平衡的角色，然而flo4與flo12突變表型似乎暗示，在水稻籽粒發育過程中，動態漲幅的氨基酸不僅作為碳氮平衡的角色，而且在平衡和補償部分能量代謝中也起到重要的作用。

3.2 能量物質分配相關基因

水稻籽粒需要足夠多的能量與物質維持發育與保證淀粉的填充儲存，因此，保證能量物質對籽粒的充分供給十分重要。在水稻中，蔗糖轉運蛋白1（sucrose transport protein 1，SUT1）、蔗糖轉運蛋白2（sucrose transport protein 2，SUT2）、蔗糖轉運蛋白3（sucrose transport protein 3，SUT3）和蔗糖轉運蛋白4（sucrose transport protein 4，SUT4）承擔了蔗糖的轉運功能。其中，sut1突變體的籽粒粒重相比野生型明顯下降［36］。2008年，Wang等［37］研究發現，gif1（grainincompletefilling1）突變體存在嚴重的堊白表型，而GIF1編碼了細胞壁蔗糖轉化酶，該酶能夠控制植物蔗糖的運載，調控糖類運輸。2015年，nfyb1（nuclearfactoryb1）突變體被發現其稻米存在嚴重的堊白表型，其在水稻籽粒背側糊粉層中特異性表達。進一步研究發現，NFYB1可直接調控SUT1、SUT3、SUT4蔗糖轉運蛋白基因的表達，通過調控蔗糖到胚乳的轉運而調控堊白的形成［38-39］。

3.3 淀粉合成相關基因

淀粉作為水稻籽粒的主要成分主要承擔了儲能功能。在保證能量與物質供給的條件下，在水稻籽粒灌漿期間，淀粉大量合成，形成主要的干物質積累。因此，該時期淀粉的正常合成受到限制，會影響籽粒淀粉的積累，從而引起堊白表型。在水稻的淀粉合成過程中需要大量的酶參與。在淀粉生物合成的第一步，AGPase（ADP-Glc pyrophosphorylase）催化葡萄糖-1-磷酸轉化為ADP-葡萄糖，隨后的合成過程中GBSSI/Wx（granule bound starch synthase）負責直鏈淀粉的合成。支鏈淀粉的合成受到SS（starch synthases）、SBE（starch branching enzymes）、DBE（starch debranching enzymes）等一系列淀粉生物合成酶的控制。在參與水稻淀粉合成的基因中，AGPase（OsAGPL3、OsAGPS2b、OsAGPL2）、PHO（OsPHOL/OsPHO1）、GBSS（OsGBSSI/Wx）、SS（OsSSI、OsSSIIa、OsSSIIIa、OsSSIVb）、SBE（OsBEI/SBE1、OsBEIIb）、DEB（OsISA1、OsISA2、OsPUL）被認為與水稻籽粒淀粉合成與積累密切相關［40-42］。其中，AGPL2基因突變后產生了嚴重的心白表型，籽粒發黃，但最外層仍有較厚的非堊白組織。AGPL2基因編碼了一個葡萄糖焦磷酸化酶，該酶的功能缺失會導致淀粉合成關鍵步驟受到抑制［43］。淀粉磷酸化酶1（plastidial phosphorylase 1，PHO1）在淀粉代謝過程中同時具有合成與分解兩個方向的功能。PHO1能夠與大多數的淀粉合成酶形成復合體，在淀粉的代謝過程中起到重要的調控作用，其活性缺失使稻米籽粒中淀粉粒變小，從而產生堊白表型［44］。Wx（Waxy）基因編碼一個顆粒結合淀粉合酶，在直鏈淀粉合成過程中行使功能，其突變體籽粒內直鏈淀粉含量受到嚴重的影響，相比野生型顯著降低，存在堊白表型［45］。2007年，有研究報道了T-DNA插入突變體flo5（flouryendosperm5），確定其突變基因編碼了淀粉合成酶（starch synthase 3a，SSIIIa），并通過參與支鏈合成與淀粉組裝過程而影響水稻的堊白性狀［46-47］。Yano等［48］發現，水稻淀粉分支酶sbe突變體存在堊白表型，其支鏈淀粉含量減少，淀粉體不規則。胞內淀粉合成中，SBE能在淀粉上引入一個分支點，在支鏈淀粉合成過程中行使功能，SBEIIb（starch branching enzymes IIb）活性受到影響，導致淀粉粒相比野生型變小，直鏈淀粉含量增加，支鏈淀粉長鏈水平上升，淀粉合成受到抑制，產生堊白表型［49］。2014年，flo6（flouryendosperm6）突變體被發現其稻米存在嚴重的心白性狀，FLO6編碼了一個含有CBM48結構域的蛋白，該結構域能與淀粉發生互作而結合到淀粉上，同時FLO6蛋白還能夠與ISA1（isoamylases1）互作結合。進一步研究表明，FLO6能幫助ISA1與淀粉結合，從而調控淀粉的合成，形成堊白表型［50］。2017年，flo8（floury endosperm8）突變體被篩選獲得，其株型略矮于野生型，但稻米帶有嚴重心白表型。FLO8編碼UDP葡萄糖焦磷酸化酶1（UDP-glucose pyrophosphorylase 1，UGP1），該酶直接參與淀粉的生化合成過程，表明flo8的心白表型是因直接影響淀粉合成所致［51］。

除直接調控相關淀粉合成酶系基因外，水稻還可通過轉錄因子調控這類酶編碼基因的表達水平而調控堊白。2010年，RSR1（rice starch regulator 1）被發現能調控水稻的堊白性狀。RSR1是一個AP2/EREBP家族轉錄因子，其負調控SSI基因的表達，rsr1突變體被發現存在嚴重的心白表型。生殖生長階段中，rsr1突變體種子中直鏈淀粉含量相比野生型顯著增加，過表達植株則與野生型無顯著差異。有趣的是，盡管突變體中直鏈淀粉含量升高，但其突變體與過表達植株中總淀粉含量相較于野生型均無顯著差異。同時，rsr1突變體種子千粒重顯著增加，RSR1過表達千粒重則減少。值得注意的是，與其他堊白突變體不同，rsr1突變體盡管有較高的堊白率，但其千粒重相比野生型顯著提升，且淀粉含量未發生改變［52］。2013年，水稻bzip58突變體被發現產生了嚴重的腹白表型，且千粒重減少。進一步研究表明，bZIP58能夠識別水稻可溶性淀粉合酶IIa（starch synthase 2a，SSIIa）、可溶性淀粉合酶IIIb（starch synthase 3b，SSIIIb）、可溶性淀粉合酶IVb（starch synthase 4b，SSIVb）、腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶3（ADP-glucose pyrophosphorylase large subunit，AGPL3）、淀粉分支酶1（starch branching enzyme 1，SBE1）、淀粉分支酶IIb（starch branching enzyme 2b，SBEIIb）、顆粒結合淀粉合酶（granule-bound starch synthase，GBSS）和淀粉脫支酶2（isoamylase 2，ISA2）的編碼基因的啟動子部分，并調節它們的表達。同時，該基因突變體中淀粉含量減少、可溶性糖水平升高，進一步表明bzip58突變體能通過調控淀粉合成影響堊白表型，從而調控水稻灌漿時期的淀粉的填充與堊白性狀的產生［53］。

3.4 淀粉體堆積結構相關基因

Li等［20］基于高堊白品種珍汕97與低堊白品種H94的GWAS分析，發現珍汕97的CHALK5等位基因能夠顯著調控稻米的堊白水平。雖然CHALK5存在兩個開放閱讀框（open reading frame，ORF），但根據該基因轉入中花11中的結果來看，其中只有一個ORF對堊白起主效調控作用，轉入該ORF的中花11水稻籽粒堊白水平顯著提升，這表明珍汕97的CHALK5基因是一個獲得功能性天然突變。CHALK5的表達模式表明，CHALK5在胚乳中表達水平遠高于其他組織，且定位在液泡上。CHALK5編碼一個液泡質子泵焦磷酸水解酶（vacuolar H+-translocating pyrophosphatase，V-PPase），可調控液泡的pH水平。隨后的試驗發現，高堊白品種的焦磷酸（pyrophosphoric acid，PPi）水解活性提高了19%，進一步證實了CHALK5的高表達或過高的活性與堊白的產生存在正相關性［20］。為進一步解釋CHALK5引起堊白的原因，通過對兩種水稻品種的胚乳組織電鏡結果分析，發現與低堊白品種相比，高堊白品種除淀粉顆粒堆積松散、不成緊密多面體而成球形外，其胚乳細胞的蛋白體I和蛋白體II數量顯著減少，蛋白體平均面積下降，且帶有堊白的細胞中，淀粉顆粒和蛋白體中積累了大量的小多邊形環或囊泡狀或液泡狀結構，導致淀粉體之間出現松散的結構層次，使得淀粉體間不能被正常填充。值得注意的是，盡管蛋白體結構如此異常，淀粉體的數量和大小卻無顯著性差異。Li等［20］認為，這是因為CHALK5定位于液泡，過多的CHALK5或其更高的活性導致pH降低，異常的pH水平干擾了囊泡運輸系統的正常運轉，使得胞內囊泡結構大量增加，蛋白體數量下降，體積減少，導致淀粉顆粒和蛋白體之間形成空隙而產生堊白。

2009年，Wakasa等［54］與Yasuda等［55］發現，bip（bindingprotein）突變體存在嚴重的堊白表型，bip突變體籽粒糊粉層細胞結構異常，BiP過表達植株中，淀粉粒堆積疏松。BiP能夠參與內質網蛋白質的折疊過程，其突變體導致細胞中出現大量的異常蛋白體，影響淀粉的正常填充與堆積，從而產生堊白表型。Han等［56］發現，pdil1-1（proteindisulphide isomerase-likeenzyme）突變體也存在嚴重的堊白表型。與BiP類似，PDIL1-1能夠參與蛋白質的折疊過程，同時，pdil1-1突變中淀粉合成酶系的活性也受到影響，相較野生型難以正常填充淀粉。Kim等［57］發現， 與bip類似，pdil1-1的胞內出現大量的異常蛋白體，影響到淀粉的正常填充與堆積，從而產生堊白。Wang等［58］則發現rab5a突變體存在嚴重的堊白表型。Rab5a在貯藏蛋白進入蛋白酶體II的運輸過程中發揮了重要作用，其突變體胚乳細胞內存在大量的谷蛋白前體，淀粉體無法緊密填充。電鏡照片顯示，其淀粉體相比野生型幾乎無棱角，存在大量孔隙，進而呈現堊白表型。Wen等［59］研究發現，VPS9A能夠與RAB5A互作，在谷蛋白前體經高爾基體轉運至蛋白體過程中發揮作用，其淀粉體類似bip和rab5a，即淀粉體疏松排列且呈球形，導致vps9a突變體出現堊白表型。Ren等［60］發現，gpa3突變體也存在堊白表型。GPA3能夠與VPS9a、Rab5a互作形成復合體，該復合體調控蛋白體等的運輸過程。gpa3突變體淀粉體類似rab5a、vps9a突變體，其淀粉體排列疏松，呈現球形。

3.5 其他途徑相關基因

盡管近年來大量的堊白突變體與相關研究的進展揭示了大量可能的堊白產生途徑與機制，然而，目前仍有多個突變體的堊白表型的產生機制不明。

研究者通過化學誘變篩選得到了一些存在水稻堊白性狀的突變體［61］，其中一個突變被命名為flo2（flouryendosperm2），但由于早期分子生物學技術的限制，使得該基因的研究陷入停滯。直至2010年，日本理工大學團隊才完成了該基因的定位。該研究發現，FLO2編碼了一個三角四肽重復序列（tetratricopeptide repeat，TPR），flo2突變體中淀粉和蛋白合成相關基因的表達受到不同程度的影響，且在一定程度上調控了高溫條件下水稻堊白的產生［62］。然而，FLO2的具體分子機制仍然未知。

flo7（flouryendosperm7）突變體被發現存在嚴重的堊白表型，且僅出現在外胚乳中。FLO7基因僅存在于水稻中，在其他已測序植物中未發現其同源基因。亞細胞定位表明，其位于淀粉體與淀粉體之間，暗示其在淀粉代謝過程中或許承擔了某些重要的功能。然而，遺憾的是，FLO7的功能及其調控堊白的具體機制至今仍未被揭示［63］。2018年，flo11（flouryendosperm11）突變體被發現存在較弱的堊白表型，且僅存在于最內層胚乳與最外層胚乳上。克隆后分析發現，FLO11編碼一個質體定位的熱激蛋白（heat shock protein 70 cp-2， Hsp70cp-2），其通過影響Tic110與Tic40在胚乳中的積累水平而調控堊白性狀［64］。根據先前堊白突變體中BiP等蛋白的結構，FLO11可能影響了胞內蛋白體的結構與分布，導致淀粉體的異常填充堆積，然而該推論缺少試驗數據支持，FLO11引起堊白表型的具體機制仍然不明。

同年，FLO15被發現編碼了一個質體定位的乙二醛酶1，該酶在谷胱甘肽代謝中行使功能，其突變體產生心白的同時，flo15突變體中淀粉聚合度水平相比野生型顯著下降，表明FLO15似乎影響了淀粉合成的延長過程［65］。盡管FLO15可能與籽粒發育過程中的缺氧脅迫有關，且flo15突變體中活性氧水平顯著高于野生型植株，但因缺少直接證據，目前引起flo15堊白表型的具體機制尚且不明。

4 總結與展望

已發現的flo系列突變體主要存在以下幾種不同的表型：胚乳中心堊白；胚乳中心堊白直至全胚乳堊白且全米略微發黃，同時粒重相對降低；全胚乳堊白。此外，少數突變體能夠產生一些非經典的堊白表型，包括胚乳中層堊白、胚乳兩端堊白。有趣的是，絕大多數相同類型的堊白表型突變基因都被定位在相近甚至是相同的代謝過程中，而這些代謝過程主要為能量產生、能量物質分配、淀粉合成與淀粉結構形成（圖1）。如FLO4［22］、FLO10［23］、FLO12［24］、FLO13［25］、FLO14［26］、FLO16［27］、FLO18［28］、FLO19［29］等能直接或間接地影響到籽粒內能量的正常產生，GIF1［37］、NFYB1［38-39］等能夠直接或間接影響養分轉運調控源庫關系，表明能量與養分供給能力在成熟籽粒堊白水平的調控過程中起到了關鍵作用。

淀粉生物合成是一個復雜的過程，需要依賴大量的關鍵合酶與相關蛋白的參與，其中AGPL2［43］、PHO1［44］、Wx［45］、FLO5［46-47］、SBE［48］、SBEIIb［49］、FLO6［50］、FLO8［51］、RSR1［52］、bZIP58［53］等能直接或間接地影響到籽粒內淀粉的正常合成。考慮到近年來非酶蛋白的發現增加了淀粉代謝的復雜程度［66］，水稻不僅通過直接調控淀粉合成關鍵合酶的活性而影響堊白水平，還存在調控相關合酶與淀粉結合能力的途徑，暗示其他類似的調控方式亟待挖掘。

此外，近年來新發現的一類突變體（包括chalk5［20］、bip［54-55］、pdil1-1［56-57］、rab5a［58］、vps9a［59］、gpa3［60］等）能通過影響蛋白體與囊泡系統導致胞內淀粉體無法正常填充堆積，從而產生堊白表型。這類突變體所產生的堊白表型類似agpl2、pho1、wx、flo5、sbe、sbeIIb、flo6、flo8、rsr1、bzip58等能直接或間接地影響到籽粒內淀粉正常合成的突變體，但相比之下，這類突變體少有粒重顯著下降的情況發生。

然而，部分突變體堊白形成具體機制仍未被完全揭示，如flo2［61-62］、flo7［63］、flo11［64］、flo15［65］等。盡管部分證據暗示FLO7或許與淀粉合成有關，FLO11或許與淀粉體堆積結構有關，但都缺乏直接的證據支持，這需要后續更多的研究工作與試驗數據的支撐。幸運的是，近年來，大量堊白基因被發掘，使得水稻的堊白性狀形成的一些新規律逐步浮現。如Lin等［67］確定了一個腹部缺口突變體，其堊白僅出現在胚乳基部。基于該突變體開發的一種新型的比較系統可用以稻米堊白機理的研究。隨著堊白產生分子機制的不斷解析，對水稻等植物中能量代謝物質合成機制與調配策略的認識有望加深，將為其應用于分子育種培養低堊白的水稻品種提供新的思路。