中国农业大学中国农业大学刘庆昌、张欢团队揭示IbNAC22基因自然等位变异调控甘薯淀粉生物合成和理化性质的分子机制

近日，中国农业大学农业农村部甘薯生物学与生物技术重点实验室刘庆昌、张欢团队在 Journal of Integrative Plant Biology 上发表研究论文 Natural allelic variation of NAC transcription factor 22 regulates starch biosynthesis and properties in sweetpotato。

甘薯（2n=B1B1B2B2B2B2=6x=90）是重要的淀粉作物，在保障国家粮食安全方面具有重要地位。全球甘薯总产量的70%～80%被加工为淀粉制品，且每提高1%的淀粉含量可使淀粉加工收益提高5%。甘薯淀粉制品种类繁多，广泛应用于食品、纺织品、纸制品和可再生能源，甘薯淀粉产业正在繁荣发展。甘薯淀粉的理化性质影响淀粉制品的应用种类，近年来人们对甘薯淀粉制品的需求不断增加。然而，甘薯淀粉生物合成及其理化性质的分子调控机制仍不明确。

该研究联合多个高低淀粉甘薯种质转录组数据和223份甘薯种质单倍型分析，筛选到启动子区的自然等位变异与淀粉含量高度相关的IbNAC22基因。IbNAC22作为核定位的转录激活子，直接激活直链淀粉生物合成基因IbGBSSI而抑制支链淀粉生物合成基因IbSBEI的表达，提高了甘薯淀粉含量、直链淀粉比例和淀粉糊化温度，增大了淀粉粒径，降低了淀粉结晶度。IbNAC22的互作蛋白IbNF-YA10直接激活淀粉生物合成基因IbAGPL和IbGBSSI的表达。IbNAC22-IbNF-YA10异源二聚体的形成增强了IbNF-YA10对IbAGPL和IbGBSSI的激活能力，IbNAC22和IbNF-YA10正调控甘薯淀粉和直链淀粉生物合成。IbNAC22和IbNF-YA10在开发适用于生产爽滑筋道的粉条、抗拉伸的可降解材料和延缓血糖上升的淀粉制品的甘薯品种上将具有广阔的应用前景。

中国农业大学博士生樊悦、薛璐瑶（现为中国农科院烟草所特聘副研究员）和尚美奇为论文共同第一作者，刘庆昌教授和张欢副教授为共同通讯作者。高少培副教授、赵宁高级实验师、翟红教授和何绍贞教授参加了该研究工作。该研究得到国家甘薯产业技术体系（CARS-10）和中国农业大学2115人才培育发展支持计划的资助。