張鵬研究組首次發現氫離子焦磷酸化酶調控甘薯品質和產量的作用機理

  2月1日,國際著名園藝學期刊Horticulture Research在線發表了中國科學院分子植物科學卓越創新中心張鵬研究組題為“The H+-pyrophosphatase IbVP1 regulates carbon flux to influence the starch metabolism and yield of sweet potato”的研究論文,首次發現H+-焦磷酸化酶IbVP1的表達可顯著提高甘薯塊根淀粉品質及產量。

  甘薯儲藏根是光合同化物和能量積累的重要地下庫器官,其淀粉代謝水平決定淀粉含量和產量,同時也受到地上部分源器官(葉片)糖分輸出能力的影響。該團隊前期研究發現甘薯氫離子焦磷酸化酶(IbVP) 在促進礦質元素吸收和纖維根生長方面起著重要作用(Fan et al., 2017),通過根際酸化增強鐵的獲取,加強甘薯植株碳水化合物代謝水平。本研究進一步發現,過表達IbVP1基因提高了甘薯葉片的光合能力及蔗糖含量;利用13C標記的蔗糖飼喂,證實可促進韌皮部裝載和蔗糖長距離運輸,提高了碳流分配能力;在儲藏根中,淀粉合成酶AGPase、GBSSI、SSI等基因表達水平和酶活上調,淀粉合成能力提升,直鏈淀粉及總淀粉含量增加,導致淀粉理化特性也發生明顯變化。這些研究系統揭示了VP1基因在優化甘薯“源-庫”關系中起到的重要功能,通過Pi離子和氫質子的“陰-陽”雙調節,提高了甘薯產量和品質。這也是開發通過單基因表達提高薯類作物產量的新策略。

  該論文第一作者為范維娟博士,王紅霞副研究員及張鵬研究員為共同通訊作者。研究得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金等項目的資助。

  論文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41438-020-00454-2

甘薯過表達VP1促進儲藏根產量和改善淀粉品質。VP1促進光合同化物動員及淀粉合成(a-e),實現Pi離子和氫質子的“陰-陽”雙調節(f),改善甘薯“源-庫”關系。

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