该研究从粳稻品种滇粳优1号的MNU化学诱变突变体库中筛选获得了一个新的谷蛋白前体增加突变体,命名为glutelin precursor accumulation12 (gpa12)。该突变体种子外观表现为粉质不透明,谷蛋白前体滞留在内质网形成新型蛋白体。图位克隆和遗传互补实验证实,GPA12编码一个内质网输出囊泡COPII (Coat protein complex II)的关键亚基Sec13a。亚细胞定位结果显示,Sec13a蛋白定位在点状的内质网输出位点(ER exit site, ERES)上,然而突变形式的mSec13a (S236F)异常定位在细胞质中。进一步的生化研究发现,mSec13a蛋白和Sec31、Sec16相互作用明显减弱,可能通过影响Sec13-Sec31和Sec13-Sec16复合体形成进而导致COPII囊泡在ERES上的出芽受阻,最终导致谷蛋白内质网输出异常,不能被有效加工成熟。
同时研究还发现,除Sec13a外,水稻基因中还存在另外2个Sec13同源基因:Sec13b和Sec13c。Sec13b和Sec13c均不能互补gpa12突变体表型,暗示Sec13同源基因可能存在功能分化。进一步的遗传学和细胞学研究发现,Sec13b和Sec13c的单敲除和双敲除突变体均未出现类似gpa12的表型缺陷。有趣的是,Sec13b和Sec13c双突变体胚乳细胞中出现了大量圆球状的内质网,表明Sec13b和Sec13c可能在维持内质网形态上发挥功能。综上所述,该研究系统解析了COPII囊泡关键组分Sec13家族基因的生物学功能,为稻米蛋白品质的遗传改良提供了重要基因资源和理论依据。