PBJ |中国农业大学刘庆昌/张欢团队揭示IbbHLH25基因自然等位变异调控甘薯块根类胡萝卜素生物合成的分子机制

甘薯（2n=B1B1B2B2B2B2=6x=90）是重要的粮食作物，也是公认的健康食品。橙色薯肉甘薯品种富含类胡萝卜素特别是β-胡萝卜素，能够提供抗氧化剂、增强免疫力，值得作为健康食品在全球推广应用。国际马铃薯中心使用富含类胡萝卜素的橙色薯肉甘薯品种代替白色薯肉品种，解决了撒哈拉以南非洲超过40%的5岁以下儿童普遍存在的维生素A缺乏问题，因此获得了2016年的世界粮食奖。培育富含类胡萝卜素的橙色薯肉甘薯品种是目前甘薯育种的主要目标之一。然而，甘薯块根类胡萝卜素生物合成的分子调控机制仍不明确。

近日，Plant Biotechnology Journal在线发表了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/张欢团队题为“Natural allelic variation of basic helix–loop–helix transcription factor 25 regulates carotenoid biosynthesis in sweet potato”的研究论文（DOI: 10.1111/pbi.70086），揭示了IbbHLH25基因调控甘薯块根类胡萝卜素生物合成的分子机制。

该研究对7个不同薯肉色甘薯种质的转录组数据和304份甘薯种质的单倍型进行联合分析，筛选到启动子区域的自然等位变异与类胡萝卜素含量高度相关的IbbHLH25基因。IbbHLH25作为核定位的转录激活子，能够结合到类胡萝卜素生物合成关键酶基因IbGGPPS、IbLCYB和IbBCH启动子的E-box元件上，直接激活其表达，从而提高甘薯块根的总类胡萝卜素含量，特别是提高β-胡萝卜素和β-隐黄质的含量和比例。IbbHLH25能够与IbbHLH66互作，两者形成异源二聚体来协同激活IbGGPPS、IbLCYB和IbBCH的表达（图1）。IbbHLH25基因在培育高类胡萝卜素甘薯品种中具有重要应用潜力。

图1. IbbHLH25调控甘薯块根类胡萝卜素生物合成模式图

中国农业大学已毕业博士生魏子豪为论文第一作者，刘庆昌教授和张欢副教授为共同通讯作者。博士生尚美奇、已毕业博士生蒋志成、已毕业博士生邢诗晗、已毕业博士生王祯、翟红教授、何绍贞教授、高少培副教授和赵宁高级实验师参加了该研究工作。该研究得到国家自然科学基金（32072120）、国家甘薯产业技术体系（CARS-10）和北京市粮食作物创新联盟计划（BAIC02-2023）的资助。