Nature Communications |中国农业大学刘庆昌/张欢团队揭示甘薯淀粉产量形成的调控机理

2024 年8月23日，中国农业大学农业农村部甘薯生物学与生物技术重点实验室刘庆昌/张欢团队在Nature Communications杂志上在线发表了题为 "Source-sink synergy is the key unlocking sweet potato starch yield potential " 的研究论文，揭示了甘薯淀粉产量形成的调控机制。

甘薯（2n=B1B1B2B2B2B2=6x=90）是重要的粮食、饲料和工业原料作物，且其高产、稳产、富含淀粉，可以转化为燃料乙醇而被视为重要的粮食和新型能源植物。全球甘薯总产量的70~80%被加工成淀粉制品。甘薯淀粉用途广泛，不仅可以制造粉丝、粉皮等食品，作为增稠剂、稳定剂改善食品的食用品质、加工及贮藏特性，也可用作食品包装袋、西药片剂、生物柴油原料等产品。每提高1%淀粉含量可使淀粉加工收益提高5%。甘薯块根产量与淀粉含量一般呈极显著负相关，为高产高淀粉品种的选育带来巨大挑战。

研究团队利用产量相近但淀粉含量差异显著的高产高淀粉株系‘H283’和高产低淀粉株系‘L423’，进行源库转录组和蛋白组分析，发现光合产物的合成、装载和运输，以及它们在块根中的卸载和分配模式，导致株系之间淀粉含量的差异。同时，对‘徐薯18’ב徐781’500个F1株系进行了单倍型关联分析，发现质膜H±ATPaseIbPMA1基因区域存在7个连锁的simplex SNPs与淀粉含量紧密关联，且纯合基因型具有显著高的淀粉含量。IbPMA1作为质子泵，促进光合产物从源向库的质外体运输，过表达IbPMA1基因使淀粉含量显著提高，但不影响块根产量。同时，研究发现IbbHLH49作为源库协同关键因子，直接激活IbPMA1等源库相关基因的表达，协同提高甘薯产量与淀粉含量。该研究扩展了对块根类作物源库关系与淀粉产量形成机制的理解，并为块根作物的高淀粉育种提供了理论依据和重要候选基因。

中国农业大学博士生蒋志成、魏子豪和张俊为共同第一作者，刘庆昌教授和张欢副教授为共同通讯作者。中国农业大学已毕业博士生郑辰星博士、翟红教授、何绍贞教授、高少培副教授、赵宁高级实验师以及青岛农业大学朱虹副教授参与了相关工作。该研究得到了国家重点研发计划（2023YFD1200700/2023YFD1200701）、国家自然科学基金（32072120）、国家甘薯产业技术体系（CARS-10）和北京市粮食作物创新团队（BAIC02-2024）的资助。

原文链接：

Source-sink synergy is the key unlocking sweet potato starch yield potential | Nature Communications https://www.nature.com/articles/s41467-024-51727-6