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中心实现单基因可提高薯类品质和产量的新技术

[2021-02-01]

12月29日,国际著名园艺学期刊《Horticulture Research》在线发表了我中心题为“The H+-pyrophosphatase IbVP1 regulates carbon flux to influence the starch metabolism and yield of sweet potato”的研究论文,首次发现H+-焦磷酸化酶IbVP1的表达可显著提高甘薯块根淀粉品质及产量。

甘薯储藏根是光合同化物和能量积累的重要地下库器官,其淀粉代谢水平决定淀粉含量和产量,同时也受到地上部分源器官(叶片)糖分输出能力的影响。本团队前期研究发现甘薯氢离子焦磷酸化酶(IbVP) 在促进矿质元素吸收和纤维根生长方面起着重要作用(Fan et al., 2017),通过根际酸化增强铁的获取,加强甘薯植株碳水化合物代谢水平。本研究进一步发现,过表达IbVP1基因提高了甘薯叶片的光合能力及蔗糖含量;利用13C标记的蔗糖饲喂,证实可促进韧皮部装载和蔗糖长距离运输,提高了碳流分配能力;在储藏根中,淀粉合成酶AGPase、GBSSI、SSI等基因表达水平和酶活上调,淀粉合成能力提升,直链淀粉及总淀粉含量增加,导致淀粉理化特性也发生明显变化。这些研究系统揭示了VP1基因在优化甘薯“源-库”关系中起到的重要功能,通过Pi离子和氢质子的“阴-阳”双调节,提高了甘薯产量和品质。这也是开发通过单基因表达提高薯类作物产量的新技术。

该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的资助。

论文链接:https://www.nature.com/articles/s41438-020-00454-2


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甘薯过表达VP1促进储藏根产量和改善淀粉品质。VP1促进光合同化物动员及淀粉合成(a-e),实现Pi离子和氢质子的“阴-阳”双调节(f),改善甘薯“源-库”关系。

参考文献:

1.      Fan W, Wang H, Wu Y, Yang N, Yang J, Zhang P* (2017) H+-pyrophosphatase IbVP1 promotes efficient iron use in sweet potato [Ipomoea batatas (L.) Lam.]. Plant Biotechnology Journal 15: 698-712.

2.      Fan W, Zhang Y, Wu Y, Zhou W, Yang J, Yuan L, Zhang P*, Wang H* (2021) The H+-pyrophosphatase IbVP1 regulates carbon flux to influence the starch metabolism and yield of sweet potato. Horticulture Research  8: 20.


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