中國熱科院在木薯塊根營養(yǎng)品質(zhì)代謝和馴化的遺傳基礎(chǔ)研究方面取得重要進展

　　中國熱科院生物所聯(lián)合品資所、三亞研究院、海南大學等單位在木薯塊根營養(yǎng)品質(zhì)代謝和馴化的遺傳基礎(chǔ)研究方面取得重要進展。該研究構(gòu)建了299份木薯種質(zhì)的代謝組圖譜，發(fā)掘了緊密關(guān)聯(lián)氫氰酸、黃酮、花青素等代謝物及田間表型性狀的遺傳位點和候選基因，建立了遺傳位點-代謝物-表型之間的聯(lián)系，揭示了木薯塊根營養(yǎng)品質(zhì)代謝和馴化的遺傳基礎(chǔ)及分子調(diào)控機制。研究結(jié)果對木薯和其他塊根作物營養(yǎng)品質(zhì)遺傳改良具有重要意義。

 

　　木薯是世界第六大糧食作物，是世界熱區(qū)近10億人口賴以生存的主糧，為全球20多億人提供碳水化合物和能量，也是我國生產(chǎn)淀粉、酒精、生物燃料等產(chǎn)品的重要原料。木薯塊根中淀粉、氫氰酸、黃酮和花青素等代謝物是木薯塊根的關(guān)鍵品質(zhì)組分，決定了木薯的可食性和營養(yǎng)品質(zhì)。該研究針對木薯塊根營養(yǎng)品質(zhì)代謝和馴化的遺傳基礎(chǔ)不清的科學問題，開展了以下五個方面的工作：（1）采用代謝組的方法在299份木薯種質(zhì)中檢測了2,980種代謝物，通過mGWAS定位了18,218個顯著標記與代謝物關(guān)聯(lián)，篩選了12個重要的候選基因（圖1）；（2）發(fā)現(xiàn)了一個氰苷生物合成基因簇，其中CYP79D1、CYP71E7b和UGT85K5共表達，它們的等位基因組合調(diào)控亞麻苦苷含量，進而控制木薯可食性（圖2）；（3）闡明了MeMYB4與MeCHI/MeF3H啟動子結(jié)合激活其表達，促進花青素3-O-葡萄糖苷和飛燕草素3-O-蕓香糖苷積累，從而調(diào)控木薯塊根內(nèi)皮顏色（圖3）；（4）證實了Me3GT具有3GT活性但不具備5GT和7GT活性，Me3GT功能性位點及單倍型變異可調(diào)控塊根中山柰酚-己糖苷的含量；（5）揭示了MeFLS1在木薯馴化過程中受到選擇，通過降低槲皮素3-O-葡萄糖苷含量來增加木薯單株產(chǎn)量。研究結(jié)果揭示了木薯塊根代謝組變異的遺傳基礎(chǔ)，發(fā)掘了控制代謝物和重要農(nóng)藝性狀的關(guān)鍵遺傳位點及優(yōu)異基因，為木薯和其他塊根作物營養(yǎng)品質(zhì)遺傳改良提供了理論支撐。

 

　　該成果以題為《metabolic GWAS-based dissection of genetic basis underlying nutrient quality variation and domestication of cassava storage root》的研究論文發(fā)表在《Genome Biology》。中國熱科院生物所丁澤紅研究員、付莉莉副研究員和武漢邁特維爾生物科技有限公司王彬博士為論文的共同第一作者，中國熱科院生物所胡偉研究員、品資所李開綿研究員和海南大學羅杰教授為論文的共同通訊作者，熱帶作物生物育種全國重點實驗室/中國熱科院生物所為論文的第一單位。該研究得到了海南省重點研發(fā)計劃、三亞崖州灣科技城項目、中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費和國家木薯產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系專項資金等資助。