连发两篇! 华中农大马铃薯团队在淀粉代谢和块茎发育调控方面取得新进展
马铃薯是富含淀粉的重要粮食作物，马铃薯淀粉代谢调控和块茎发育调控一直是马铃薯研究领域的重点，解析上述调控机制将为提高马铃薯块茎的淀粉含量和促进马铃薯生物技术改良提供理论依据。
近日，ThePlant Journal 在线发表了华中农业大学园艺植物生物学教育部重点实验室/ 农业农村部马铃薯生物学与生物技术重点实验室宋波涛教授研究组题为“ Suppression of the tonoplast sugar transporter, StTST3.1, affects transitory starch turnover and plant growth in potato” 和“Leaves and stolons tranomic analysis provide insight into the role of phytochrome F in potato flowering and tuberization” 论文， 分别报道了该研究团队在马铃薯淀粉代谢调控和生殖发育调控的研究进展。
瞬时淀粉和液泡存储的糖是植物叶细胞中两大重要的碳水化合物动态代谢池。瞬时淀粉和液泡糖的代谢调节对植物生长发育至关重要。液泡糖转运蛋白TST（Tonoplast sugar transporter）主要功能是将糖由细胞质转运至液泡中，从而调控糖在亚细胞层面的分布及糖在液泡中的积累。然而，TST是否参与叶片瞬时淀粉代谢从而调控植物生长还不明确。 基于此，本研究主要对液泡糖转运蛋白基因StTST3.1在调控马铃薯叶片淀粉糖代谢过程以及生长发育过程中的功能进行了解析。 本研究首次报道了StTST3.1在叶片瞬时淀粉代谢中起关键作用。干涉StTST3.1会导致叶片淀粉降解受抑制和麦芽糖积累。StTST3.1可能作为液泡膜葡萄糖转运蛋白发挥作用。当StTST3.1的转运活性受到抑制时，细胞质中的葡萄糖不能转运至液泡而累积在细胞质，从而反馈抑制淀粉降解（图1）。淀粉代谢受损和麦芽糖积累进一步引起叶绿体功能障碍，表现为StNOL上调表达并诱导叶绿素降解；从而引起叶片黄化并损害光合能力，最终影响植物的正常生长。StTST3.1的功能解析为植物叶片的瞬时淀粉代谢途径提供了新的见解。
图 1 马铃薯叶片夜间淀粉转化为磷酸己糖的可能模式
此外，本研究团队长期致力于解析马铃薯块茎发育调控机制，前期解析了光敏色素StPHYF通过与StPHYB形成异源二聚体，调控StCOL1蛋白的稳定性，进而影响下游结薯相关基因的表达，从而调控马铃薯块茎形成（The Plant Journal Zhou et al 2019）。 基于此本研究通过转录组分析发现，马铃薯开花素（StSP3D）在StPHYF 干涉植株的叶片中受到诱导表达，并且提早开花。对匍匐茎中的差异基因分析发现，植物激素信号转导、昼夜节律等信号通路被显著富集。拟南芥AtAP1的同源基因StMADS1在StPHYF干涉植株叶片和匍匐茎中受到诱导表达。进一步通过转录激活和凝胶阻滞迁移（EMSA）实验证明了StMADS1位于马铃薯结薯复合体（TAC）和开花复合体（FAC）的下游；并且干涉StMADS1抑制组培条件下块茎的形成，推迟马铃薯在生长室条件下结薯，最终揭示了StPHYF调控马铃薯生殖发育的途径（图2）。
图2. StPHYF调控马铃薯生殖发育通路模式图
其中淀粉代谢调控相关研究部分博士后刘腾飞和已毕业留学生博士高赛（Md Abu Kawochar ）为共同第一作者， 宋波涛教授和 蔡兴奎副教授为共同通讯作者，该研究得到国家自然科学基金（ 31871683, 32101781 ）的支持。StPHYF调控马铃薯 块茎发育相关研究部分博士后 王恩爽和已毕业博士周婷婷为共同第一作者， 宋波涛教授和博士后 刘腾飞为共同通讯作者，该研究受到国家自然科学基金（ 31971988 ），恩施州科技计划项目（D20210032）和现代农业产业技术研究体系（CARS-09-P07 ）专项资金的资助。
华中农业大学马铃薯生物学与生物技术团队是国家蔬菜改良中心华中分中心、园艺植物生物学教育部重点实验室的重要组成部分，依托实验室2003年组建了湖北省马铃薯工程技术研究中心，2016年批准建立了农业农村部马铃薯生物学与生物技术重点实验室。目前在职教师7人，其中教授3人、副教授3人、高级农艺师1人，博士后6人，现有70余名博士和硕士研究生参与课题研究。课题组已经和正在进行包括马铃薯晚疫病、青枯病、病毒病、块茎形成、加工品质等方面的研究工作，与国际马铃薯研究中心、英国James Hutton Institute、加拿大农业部马铃薯研究中心、美国威斯康星大学和荷兰瓦格宁根大学与研究中心具有长期良好的合作关系。
论文链接：
https://doi.org/10.1111/tpj.16050
https://doi.org/10.1111/tpj.16056
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