Molecular Horticulture

• 花匠小妙招
• 2024-12-03 20:08

近日，本课题组的综述论文“Potato: from functional genomics to genetic improvement” 于Molecular Horticulture在线发表，全面总结了马铃薯重要农艺性状及生长发育、环境响应的关键调控因子和调控网络，基于基因组学研究的最新进展，以及生物技术在马铃薯性状改良中的应用，探讨了马铃薯生物学的机遇和挑战，为未来马铃薯分子育种和遗传改良提供了重要参考。

背景介绍

马铃薯是全球仅次于水稻和小麦的第三大粮食作物，是全球约三分之二人口的主食，在解决区域粮食短缺、消除贫困和加强粮食安全方面发挥着重要作用。尽管其种植历史悠久，种植面积广泛，但育种进展缓慢和环境胁迫等导致优质高产马铃薯品种稀缺，四倍体栽培马铃薯基因组的复杂性和遗传杂合性等也使得其育种面临挑战。理解马铃薯重要农艺性状的遗传调控机制和分子网络，将为提高块茎质量和产量，改良马铃薯种质奠定基础；整合组学提供的遗传改良基因靶点、基因编辑等生物技术的应用，也有助于马铃薯重要农艺性状的定向改良和加速分子育种进程。

综述概要

马铃薯(Solanum tuberosum L.)是茄科植物，其块茎具有极高的营养价值，富含淀粉、优质蛋白质、膳食纤维、维生素矿物质(钠、镁、钾、锌、铁和铜)和各种生物活性化合物(类胡萝卜素、花青素、酚类物质和类黄酮)等。随着生物技术和测序技术的进步，马铃薯的重要农艺性状的遗传调控网络和分子育种均取得了重大进展。本综述全面总结了近十年来马铃薯生物学的研究进展，包括马铃薯休眠、营养生长和衰老(图1)、开花、块茎形成和发育(图2)、干物质积累、抗病性以及抵抗环境胁迫(图3)等过程的关键调控因子和调控网络，系统归纳了近期马铃薯基因组学的研究进展、二倍体杂交马铃薯的基因组设计与育种技术、现有的马铃薯种质资源鉴定与收集情况等，总结了基因组学的快速发展推动的基因编辑等生物技术在马铃薯淀粉品质、低温糖化、酶促褐变、块茎苷类生物碱的含量以及生物抗逆性等性状改良中的应用，为基于基因编辑等生物技术的马铃薯分子育种和品种改良提供了参考。

对于未来工作，基于泛基因组学研究提供的质量、抗逆性和抗病性等关键性状的调控基因，通过高通量测序获得的遗传改良的基因靶点，开发适用于马铃薯的精确高效无痕的基因编辑工具，发展基因型独立的高效遗传转化系统，拓宽基因编辑技术的应用范围等，将有助于马铃薯分子育种的提升， 显著提高马铃薯品种的遗传改良进程。

Fig.1 植物激素和无机元素等对马铃薯营养生长及环境信号对叶片衰老的调控。

 Fig.2 马铃薯块茎形成的调控因子及作用网络。

Fig.3马铃薯响应低温、高温、盐及干旱胁迫的调控网络。

上海交通大学农业与生物学院长聘教轨副教授渠莉为第一作者，上海交通大学农业与生物学院、华南农业大学农学院、岭南现代农学院广东省实验室薛红卫教授为通讯作者。该工作获得了万人计划及上海市种业协同创新中心项目的支持。

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