宁夏农业生物技术重点实验室在马铃薯抗旱性分子机制研究上取得重要突破

2015年5月26日，美国《PLoS ONE》杂志（SCI收录，影响因子3.534）在线发表了宁夏农业生物技术重点实验室宋玉霞课题组题为“Transcriptome Profiling of the Potato (Solanum tuberosum L.) Plant under Drought Stress and Water-Stimulus Conditions”（DOI: 10.1371/journal.pone.0128041）的研究论文，其团队在马铃薯应答干旱胁迫分子机制研究上取得重要突破。
马铃薯的抗旱性和水分利用效率均是多基因控制的数量性状。国内外学者对马铃薯旱胁迫下的组织结构、生理生化指标变化及胁迫应答基因方面做了一定研究，但高抗旱性是否等于高水分利用效率？水分条件如何精密调控产量和品质的形成？这些重要理论问题中的分子调控机制方面仍然存在较大的研究空白。
宋玉霞课题组在前期相关研究的基础上，与固原分院开展合作，以自主培育的宁薯4号为材料，应用转录组测序技术初步解析了马铃薯应答干旱和水分刺激的分子机制。其研究结果表明，热激蛋白、水通道蛋白、ABA合成代谢相关基因与干旱胁迫响应和水分应答直接相关；双向糖转运载体基因、6-磷酸葡糖酸脱氢酶基因等在旱胁迫和旱后复水过程差异表达显著，可能参与调节块茎淀粉合成、积累过程。此外，研究发现ERF、bHLH、MYB、NAC、WRKY和bZIP等6类转录因家族所包含的差异表达基因对干旱胁迫和水分刺激响应发挥了重要调节作用。基于差异表达基因的GO和KEGG注释分析，推测干旱和旱后复水可能通过类胡萝卜素合成代谢途径影响ABA及其它内源激素的合成和信号转导途径，并进而影响其下游转录因子、热击蛋白、脂肪酸代谢和淀粉合成代谢相关基因的表达，从而实现对干旱胁迫和水分刺激的应答、调节作用。
作为我国第四大主粮作物和宁夏的特色优势农作物，如何提高马铃薯对干旱的适应性和对水分的利用效率，保证其在有限降水条件下的产量和品质是马铃薯育种过程中要解决的一个重要理论问题，也是从源头提高马铃薯商品价值的关键一环。该研究不但对马铃薯应答旱胁迫和水分利用效率的分子机制做了初步的解析，而且发掘到众多与淀粉合成、薯块发育等重要性状相关的调控位点（基因），为后续开展的马铃薯分子标记辅助育种、分子设计育种和基因工程育种奠定了理论基础，对加速我区马铃薯分子育种进程具有积极的理论指导作用。
“农业生物技术研究”科技创新团队和“宁夏马铃薯育种与栽培创新团队”中的骨干成员通力合作完成研究的主体内容，巩檑博士为论文的第一作者。研究工作得到现代农业产业技术体系专项基金(CARS-10-ES30)、宁夏回族自治区农业育种专项“马铃薯新品种选育”（2014NYYZ01）、宁夏自然科学基金 (NZ13098)、宁夏农林科学院科技创新先导资金 (NKYJ-13-05，NKYG-14-05，NKYG-15-06)等项目的共同资助。