中國熱科院品資所在木薯高光效和淀粉積累的機(jī)制研究領(lǐng)域取得新進(jìn)展
2023年06月01日來源：中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院
近日，中國熱科院品資所研究團(tuán)隊在木薯高光效和淀粉積累的作用機(jī)制研究方面取得新進(jìn)展，成功揭示了木薯鎂離子鰲合酶D亞基MeChlD基因在光合作用和淀粉積累中的作用機(jī)制，研究結(jié)果為提高木薯塊根產(chǎn)量提供理論依據(jù)和重要基因資源。
木薯是一種介于“C3”與“C4”之間的熱帶作物，具備高光效、高產(chǎn)等特性。在干早和高溫環(huán)境脅迫下，也能保持較高的光合效率，而葉綠素含量直接影響光合作用速率和光合產(chǎn)物形成。前期通過國家重點(diǎn)研發(fā)計劃課題1（木薯種質(zhì)資源精準(zhǔn)評價與基因發(fā)掘）對376份木薯資源的光合速率測定，結(jié)合重測序、GWAS關(guān)聯(lián)分析，挖掘出與木薯光合作用關(guān)聯(lián)的基因-鎂離子螯合酶D亞基（MeChlD）。鎂離子螯合酶是葉綠素生物合成途徑中的第一種酶，在ATP依賴性條件下催化鎂離子插入原卟啉IX中。鎂離子螯合酶的活化、螯合反應(yīng)離不開鎂離子螯合酶D亞基的參與。迄今為止，該類基因在木薯中的生物學(xué)功能尚未得到解析，限制了木薯高光效分子機(jī)制解析的研究進(jìn)程。
本研究以MeChlD基因?yàn)檠芯繉ο螅捎脕喖?xì)胞定位、酵母雙雜交、雙分子熒光互補(bǔ)、qRT-PCR等技術(shù)，明確了MeChlD是定位于葉綠體的蛋白，且在木薯葉片中高表達(dá)（圖1）；同時解析MeChlD分別與MeChlM、MePrxQ互作，參與葉綠素生物合成途徑和氧化防御過程；利用VIGS技術(shù)獲得該基因的沉默株系，其葉片出現(xiàn)黃色斑塊，葉片中葉綠素含量和光合作用相關(guān)基因的表達(dá)顯著下降，同時沉默該基因也影響了木薯塊根發(fā)育及淀粉含量（圖2）。綜上，該研究結(jié)果成功揭示了MeChlD在木薯葉綠素合成、木薯塊根發(fā)育及淀粉積累中的重要作用，為后續(xù)精準(zhǔn)提高木薯塊根產(chǎn)量提供理論支撐。
該研究成果以“Magnesium chelatase subunit D is not only required for chlorophyll biosynthesis and photosynthesis, but also affecting starch accumulation in Manihot esculenta Crantz”為題發(fā)表于《BMC Plant Biology》。中國熱科院品資所聯(lián)合培養(yǎng)碩士研究生羊興愛和蔡杰副研究員為共同第一作者，安飛飛副研究員、李開綿研究員和陳松筆研究員為論文通訊作者。該研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項目（No. 2019YFD1000500）、海南省自然科學(xué)基金（320RC730）、中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院公益性科研機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)研究基金（1630032022007）、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系專項 （CARS-11-HNLKM）等項目資助。
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