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马铃薯薯皮颜色突变体转录调控分析

文献类型： 中文期刊

作者： 李博书;王硕;胡军;金黎平;徐建飞

作者机构：

关键词： 马铃薯;突变体;薯皮颜色;转录组调控

期刊名称：马铃薯产业与乡村振兴2025

ISSN：

年卷期： 2025 年

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收录情况： 无来源刊（2025版）

摘要： 马铃薯(Solanum tuberosum L.)作为重要的粮菜兼用作物之一,在世界农业生产和食品供应中占据重要地位。随着消费者对食品类型多样化和营养价值富集化需求日益增长,马铃薯外观和营养品质改良已成为重要的育种方向。薯皮即块茎表皮颜色直接影响马铃薯消费偏好。薯皮颜色丰富多样,有白色、黄色、红色、紫色和彩色斑块等,其颜色差异主要是由花青素类物质的种类和含量决定的。基于马铃薯薯皮颜色突变体,通过转录组分析初步解析了颜色形成转录调控机制,有助于加快高附加值的彩色马铃薯遗传改良。试验材料为中国农业科学院蔬菜花卉研究所马铃薯研究室选育的马铃薯品种"中薯28",其野生型(Z28W)为红皮白肉、突变体(Z28M)为黄皮白肉。将4周龄组培苗各30株移栽至直径10 cm、高8 cm的花盆中,置于温室进行培养。温室环境条件为温度:18～22℃,光周期8 h光照/16 h黑暗。在移栽后70 d进行收获。收获的马铃薯立即用无菌水清洗,根据生长期和成熟期分为两类,块茎横向直径6～7 cm为成熟期大薯,块茎横向直径2～3 cm为生长期小薯。每个薯皮样品设置3个生物重复,分别命名为Z28WL(野生型成熟期)、Z28WS(野生型生长期)、Z28ML(突变体成熟期)、Z28MS(突变体生长期)。所有样品采集后立即投入液氮中快速冷冻,并保存于-80℃。对突变体和野生型植株进行表型观察,叶色、茎色、株高、茎粗和分支数等植株地上部分无明显差异,地下部分薯皮颜色呈现显著差异。WL和WS肉眼可见均匀红皮,而ML整体呈黄色,芽眼附近部分浅红色,MS呈现黄色与浅红色不均匀分布。对4组薯皮样品花青素组分和含量进行测定,薯皮中含有的花青素为天竺葵素和芍药花素,其中天竺葵素含量较高;突变体薯皮的花青素含量显著低于同一生长时期的野生型薯皮。对突变体和野生型进行了马铃薯品种指纹图谱SSR标记检测。以WL、WS、ML、MS 4组薯皮样品进行转录组测序分析。结果表明,4组样品中共存在1 858个差异基因(Differentially expressed genes,DEGs),通过RT-qPCR对转录组检测结果进行了验证。突变体与野生型相比,花青素合成通路中多个结构基因表达量下调。对差异基因进行加权基因共表达网络(Weighted gene co-expression network analysis,WGCNA)分析,所有基因被划分为10个模块,其中MEred在ML/WL,MS/WS,ML/MS比较组均表现出高相关性,共富集到158个基因。使用Cytoscape对基因共表达网络进行可视化和分析,转录因子StMYB3、StTT8具有较高的连接度,表明他们在调控同处于共表达网络的StCHS、StDFR和StANS等花青素合成结构基因中发挥作用。通过K-means聚类分析,所有的差异基因被分成4组(Cluster),Clusterl中基因在野生型中高表达,Cluster4中基因在突变体中高表达;组内转录因子分析表明,Cluster1中的核心转录因子为StMYB3,Cluster4中的核心转录因子为StWRKY40、StWRKY33和StMYC2。综合以上结果,推断StMYB3在薯皮颜色调控方面发挥作用。运用生物信息学方法在JASPAR和PlantCare网站对MEred的核心结构基因StCHS和催化无色花青素转化为有色花青素的关键基因StANS的启动子区顺式作用元件进行分析,均发现了多个StMYB3的结合元件,表明其具有调控花青素合成基因表达水平的可能性。

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