打破甘薯产量与类胡萝卜素含量之间的关联：培育优质品种及鉴定关键改良基因

《BMC Plant Biology》：Uncoupling the nexus between yield and carotenoid levels in sweet potato: development of improved cultivars and identification of key improvement genes

　　

摘要

甘薯（Ipomoea batatas (L.) Lam）是一种具有高营养价值的全球重要主粮作物，但大多数商业品种在产量与类胡萝卜素含量之间存在平衡问题。为解决这一局限，我们使用27个优良品种构建了一个随机开放授粉的多交配群体，通过多阶段的田间评估并对产量和类胡萝卜素含量进行表型选择，最终得到了两个F?代克隆稳定品系XZ 8???1和LS 9???1，它们的农艺性状有所提升。与亲本品系相比，XZ 8???1的类胡萝卜素含量（μg/g FW）提高了40倍，而LS 9???1则保持了亲本品系的高类胡萝卜素水平，同时产量也有显著提升。通过对类胡萝卜素生物合成基因的分子分析，我们发现了香叶基香叶基二磷酸合成酶基因IbGGPPS2，该基因在类胡萝卜素含量高的XZ 8???1品系中高度表达，并且与类胡萝卜素的积累有着很强的相关性。细菌互补试验证实IbGGPPS2编码的蛋白质具有香叶基香叶基二磷酸合成酶活性。通过在拟南芥中的异源表达以及在甘薯中的过表达进行的功能验证表明，IbGGPPS2能够促进类胡萝卜素的生物合成和植物生长，转基因品系的类胡萝卜素含量提升了15–24%，这说明还有其他基因位点也参与了育种品系的显著改良。鉴于甘薯的六倍体基因组结构，IbGGPPS2更像是重要的贡献因子而非决定性基因。我们的研究为在甘薯育种过程中同时提升其营养价值和产量提供了可行的策略。