品资所在木薯高光效和淀粉积累的机制研究领域取得新进展

 

近日,品资所研究团队在木薯高光效和淀粉积累的作用机制研究方面取得新进展,成功揭示了木薯镁离子鳌合酶D亚基MeChlD基因在光合作用和淀粉积累中的作用机制,研究结果为提高木薯块根产量提供理论依据和重要基因资源。

 

木薯是一种介于“C3”与“C4”之间的热带作物,具备高光效、高产等特性。在干早和高温环境胁迫下,也能保持较高的光合效率,而叶绿素含量直接影响光合作用速率和光合产物形成。前期通过国家重点研发计划课题1(木薯种质资源精准评价与基因发掘)对376份木薯资源的光合速率测定,结合重测序、GWAS关联分析,挖掘出与木薯光合作用关联的基因-镁离子螯合酶D亚基(MeChlD)。镁离子螯合酶是叶绿素生物合成途径中的第一种酶,在ATP依赖性条件下催化镁离子插入原卟啉IX中。镁离子螯合酶的活化、螯合反应离不开镁离子螯合酶D亚基的参与。迄今为止,该类基因在木薯中的生物学功能尚未得到解析,限制了木薯高光效分子机制解析的研究进程。

 

本研究以MeChlD基因为研究对象,采用亚细胞定位、酵母双杂交、双分子荧光互补、qRT-PCR等技术,明确了MeChlD是定位于叶绿体的蛋白,且在木薯叶片中高表达(图1);同时解析MeChlD分别与MeChlM、MePrxQ互作,参与叶绿素生物合成途径和氧化防御过程;利用VIGS技术获得该基因的沉默株系,其叶片出现斑块,叶片中叶绿素含量和光合作用相关基因的表达显著下降,同时沉默该基因也影响了木薯块根发育及淀粉含量(图2)。综上,该研究结果成功揭示了MeChlD在木薯叶绿素合成、木薯块根发育及淀粉积累中的重要作用,为后续精准提高木薯块根产量提供理论支撑。

 

该研究成果以“Magnesium chelatase subunit D is not only required for chlorophyll biosynthesis and photosynthesis, but also affecting starch accumulation in Manihot esculenta Crantz”为题发表于《BMC Plant Biology》。品资所联合培养硕士研究生羊兴爱和蔡杰副研究员为共同第一作者,安飞飞副研究员、李开绵研究员和陈松笔研究员为论文通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划项目(No. 2019YFD1000500)、海南省自然科学基金(320RC730)、中国热带公益性科研机构基础研究基金(1630032022007)、现代农业产业技术体系专项 (CARS-11-HNLKM)等项目资助。

 

图1 MeChlD表达情况及亚细胞定位分析

 

图2 MeChlD基因沉默植株表型鉴定

 

文章链接:https://bmcplantbiol.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12870-023-04224-9