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张鹏研究组首次发现氢离子焦磷酸化酶调控甘薯品质和产量的作用机理

  2月1日,国际著名园艺学期刊Horticulture Research在线发表了手机一天赚50元张鹏研究组题为“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。该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策略。

  该论文第一作者为范维娟博士,王红霞副研究员及张鹏研究员为共同通讯作者。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:

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。