近日，中國(guó)熱科院生物所功能基因組與分子育種研究團(tuán)隊(duì)在木薯塊根淀粉代謝轉(zhuǎn)錄協(xié)調(diào)調(diào)控方面取得重要進(jìn)展。研究結(jié)果揭示了碳水化合物相關(guān)途徑/基因的協(xié)調(diào)調(diào)控對(duì)淀粉木薯和糖木薯淀粉積累差異的重要貢獻(xiàn)，為薯類作物淀粉遺傳改良提供了重要理論支撐。
木薯是一種重要的淀粉塊根作物，為全球食品和非食品工業(yè)提供了重要原材料。然而，木薯中淀粉積累的代謝差異和調(diào)控機(jī)制仍不清楚。
圖1.塊根發(fā)育過程中SC205和SM之間的表型變異
研究團(tuán)隊(duì)以淀粉木薯（SC205）和糖木薯（SM）為材料，鑒定了許多碳水化合物相關(guān)代謝物在SC205和SM之間差異積累，其中果糖-6-磷酸和葡萄糖-6-磷酸與蔗糖/淀粉代謝基因的表達(dá)顯著負(fù)相關(guān)；揭示了塊根發(fā)育過程中蔗糖/淀粉代謝、糖酵解和TCA循環(huán)、脂質(zhì)代謝以及木質(zhì)素和類黃酮生物合成在代謝組和轉(zhuǎn)錄組水平的協(xié)調(diào)變化，但它們?cè)赟C205和SM之間具有不同的豐度模式；bZIP2可以直接與APL1、ISA1和GBSS1的啟動(dòng)子結(jié)合，并促進(jìn)它們?cè)赟C205中的表達(dá)水平，但這些相互作用在SM中不存在；APL1、ISA1或GBSS1瞬時(shí)沉默導(dǎo)致淀粉含量顯著降低，bZIP2瞬時(shí)沉默抑制了APL1、ISA1和GBSS1的表達(dá)，進(jìn)而降低了淀粉含量。研究結(jié)果揭示了碳水化合物相關(guān)途徑/基因的協(xié)調(diào)調(diào)控對(duì)木薯淀粉積累具有重要貢獻(xiàn)，為薯類作物淀粉遺傳改良提供了重要理論支撐。
圖2.塊根發(fā)育過程中SC205和SM的代謝組和轉(zhuǎn)錄組特征
圖3.淀粉木薯和糖木薯之間淀粉積累差異的調(diào)控模型
相關(guān)成果以“Coordinated transcriptional regulation of carbohydrate-related pathways contributes to the difference of starch accumulation between starchy cassava and sugary cassava”為題發(fā)表于《Carbohydrate Polymers》。中國(guó)熱科院生物所/三亞研究院丁澤紅研究員、付莉莉副研究員、顏彥副研究員和長(zhǎng)江大學(xué)聯(lián)培研究生陳甘露為論文的共同第一作者，中國(guó)熱科院生物所/三亞研究院/椰子所胡偉研究員為論文的通訊作者。熱帶作物生物育種全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/中國(guó)熱科院生物所為論文的第一單位。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、海南省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、熱帶作物生物育種全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目、三亞崖州灣科技城項(xiàng)目和中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)等項(xiàng)目資助。
論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0144861725000955
