12月04日，云南大学-资源植物研究院/萌小婉35分喷4次水黄斌全课题组在植物科学领域TOP期刊《New Phytologist》（5YIF=10.5）在线发表了题为“The tuber-specific StbHLH93 gene regulates proplastid-to-amyloplast development during stolon swelling in potato”的研究论文，该研究发现了马铃薯块茎形成的新的分子调控机制，首次报道造粉体发育在马铃薯块茎形成过程中的重要的作用。
马铃薯（Solanum tuberosum）是全球第三大重要粮食作物，中国是世界上马铃薯最大的生产国，约占世界总产量的1/4左右。块茎作为马铃薯的无性繁殖器官和储藏器官，其大小和数量是决定马铃薯产量的直接影响因子，因此，鉴定新的马铃薯块茎发育相关基因，解析马铃薯块茎形成的多基因遗传调控网络，是马铃薯遗传改良的理论基础，也是国家社会经济发展的现实需求。马铃薯块茎的发育过程也是造粉体分化发育和淀粉积累的过程，然而，造淀粉体发育与块茎发育的相互关系却鲜有报道。
黄斌全课题组通过构建马铃薯块茎不同发育时期的高分辨率转录组，发现块茎特异表达转录因子StbHLH93，其主要在马铃薯块茎和匍匐茎亚顶端的髓周区和顶端分生区高表达，下调StbHLH93的表达，匍匐茎的膨大过程受到抑制，导致块茎数量和大小显著减少，产量降低，而过表达StbHLH93 促进了匍匐茎的膨大，增加了产量。进一步研究发现，StbHLH93能直接结合质体TOC/TIC蛋白转运复合体中TIC56基因的启动子，激活TIC56表达。TOC-TIC是质体在分化过程中将大量核编码蛋白转移到质体中的重要复合体。在TIC56的突变体中，匍匐茎中的原质体向造粉体的分化受阻，影响了了匍匐茎的膨大，降低了马铃薯数量和产量。此外，研究还发现下调StbHLH93的表达并不影响造粉体发育过程中淀粉合成关键基因的表达，但这些基因编码的蛋白丰度却降低，该结果说明StbHLH93 调控质体蛋白质组变化而非基因表达来调控淀粉体的分化，促进原质体向造粉体转化，进而促使马铃薯匍匐茎向块茎的转变（图1）。以上结果揭示，StbHLH93 通过调控TIC56 参与原质体向造粉体的分化，从而进一步调控马铃薯块茎形成。
图1. 马铃薯块茎特异转录因子StbHLH93调控造粉体发育影响块茎形成。
(a)马铃薯模式图; (b)匍匐茎膨大过程示意图; (c)StbHLH93原位杂交，结果表明StbHLH93主要在马铃薯块茎和匍匐茎亚顶端的髓周区和顶端分生区高表达; (d)双荧光素酶报告基因检测，结果表明StbHLH93能直接结合TIC56基因的启动子，激活其表达; (e)透射电子显微镜分析，结果发现下调TIC56基因表达，导致原质体向造粉体的分化受阻; (f)蛋白质印迹检测，结果发现下调StbHLH93或TIC56 的表达降低了淀粉合成关键蛋白的丰度; (g)马铃薯单株产量统计; (h)StbHLH93的作用模型。
云南大学资源植物研究院/萌小婉35分喷4次水博士后杨睿、博士研究生孙源和博士后朱晓玲为共同第一作者，黄斌全研究员为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、中国博士后科学基金、云南省科技计划和云南大学海外高层次人才引进计划等项目资助。
论文链接：https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.19426
