西南大学薯类作物研究团队近期在《plant physiology and biochemistry》（中科院二区，if2021=5.437）和《frontiers in plant science》（中科院一区，if2021=6.627）发表研究论文，国际上首次系统揭示了甘薯转化酶及其抑制子协同作用调控淀粉和糖性状的生化机制，在甘薯关键酶功能挖掘及调控机制研究领域处于国内领先地位。
甘薯是重要的粮食、饲料、蔬菜、观赏和工业原料作物，由于其基因组庞大且高度杂合，存在大量等位或旁系同源基因，导致甘薯中重要基因的功能解析及利用进展缓慢。团队前期研究中发现编码液泡转化酶的ibβfruct2是调控淀粉含量的关键基因。本研究发现具有不同淀粉特性的甘薯基因型中至少存在3个ibβfruct2基因。通过500份甘薯种质资源分析发现，这3个基因在基因组加倍和进化过程中受到的选择压力不同。尽管3个基因编码蛋白序列只有2-6个位点差异，但只有1个基因编码正常活性的转化酶，另外两个蛋白与底物之间的亲和力降低从而导致蛋白失去功能或活性极低。此外，3个基因表达模式、启动子基序与活性存在差异，上游转录调控方式存在分化。结果表明，甘薯中重复基因受到非常精细和复杂的机制调控。
团队通过一系列研究，鉴定出该转化酶的互作转化抑制子ibinvinh2，并发现该抑制子的thr39和leu198对互作具有关键作用。ibβfruct2基因在拟南芥中的异源表达导致淀粉含量显著下降，葡萄糖含量显著升高，说明其负调控淀粉含量性状。诱导表达ibinvinh2导致拟南芥淀粉含量下降，而使过表达ibβfruct2植株的淀粉含量显著增加，表明转化酶抑制子ibinvinh2通过与ibβfruct2互作，协同调控淀粉与糖性状并参与植物胁迫响应。上述研究为甘薯重复基因的功能解析与利用以及重要品种性状遗传改良提供了重要参考信息。
毕业研究生吴旭莉、吴正丹和张凯副教授等为论文作者。王季春教授、吕长文副教授为论文通讯作者。研究受到国家重点研发计划、重庆市技术创新与应用发展等项目资助。
西南大学薯类作物研究团队供稿
2023年6月28日