Hortic Res | 华中农业大学马铃薯团队在马铃薯低温糖化机制方面取得新进展

对于大多数园艺作物而言，糖分累积是优异的品质性状。然而对于加工型马铃薯而言，块茎中还原糖的累积对于其加工品质是及其不利的。为了减少发芽和采后病害，马铃薯块茎通常在低温条件下进行贮藏。然而低温贮藏会诱导低温糖化（Cold-induced sweetening），即低温刺激块茎淀粉降解并累积还原糖。糖化后的块茎在后期高温油炸加工的过程中，还原糖与游离氨基酸发生美拉德反应导致产品颜色加深，风味变差并产生潜在的致癌物质丙烯酰胺，而不被消费者接受。低温糖化是影响马铃薯加工工业的重要问题，而解析低温糖化的形成机理有利于加速抗低温糖化马铃薯品种的培育。

2023年2月，Horticulture Research 上线了（Advance Access）华中农业大学果蔬园艺作物种质创新与利用全国重点实验马铃薯研究团队题为 Potato tonoplast sugar transporter 1 controls tuber sugar accumulation during postharvest cold storage 的研究论文。

该团队前期研究揭示了淀粉代谢途径和蔗糖分解途径重要的酶和调控蛋白在低温糖化过程中的作用机制。在此基础上，本研究进一步揭示了液泡膜糖转运蛋白StTST1在调控低温糖化过程中的重要作用。研究发现StTST1在块茎中高表达同时受到低温诱导，且其编码一个液泡膜定位的蛋白质。抑制StTST1的会显著减少低温贮藏过程中块茎的还原糖积累，提高油炸加工品质，并降低丙烯酰胺的含量（图1）。进一步转录组分析表明，通过沉默StTST1抑制液泡糖转运蛋白活性，可能导致蔗糖在低温贮藏块茎的细胞质中滞留，并促进淀粉合成和抑制淀粉降解来重新定向淀粉代谢。细胞质中高浓度的蔗糖可能通过减少ABA的积累并抑制ABA信号，从而导致StTST1沉默块茎中β淀粉酶基因 StBAM1的下调（图2）。

本研究揭示了StTST1在马铃薯低温糖化过程中的关键作用，并提出了抑制StTST1导致蔗糖在细胞质中累积，并作为信号物质通过ABA途径调控淀粉糖代谢的工作模式（图2），为马铃薯加工品质改良提供了新的见解。

华中农业大学园艺林学学院刘腾飞博士和留学生高赛（Md Abu Kawochar）博士为共同第一作者，宋波涛教授和聂碧华副教授为共同通讯作者，该研究得到国家自然科学基金（31871683、32101781）和现代农业产业技术研究体系（CARS-09）专项资金的资助。

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作者团队介绍

华中农业大学马铃薯生物学与生物技术团队是国家蔬菜改良中心华中分中心、园艺植物生物学教育部重点实验室的重要组成部分，依托实验室2003年组建了湖北省马铃薯工程技术研究中心，2016年批准建立了农业农村部马铃薯生物学与生物技术重点实验室。目前在职教师7人，其中教授3人、副教授3人、高级农艺师1人，博士后6人，现有70余名博士和硕士研究生参与课题研究。围绕产业发展的重大科学与技术问题，开展应用基础与共性技术研究，经过20多年的努力，形成了马铃薯种质资源创新、重要性状功能基因组、遗传育种、种薯繁育和农机农艺融合等优势研究领域。团队收集保存了马铃薯野生种、近缘种、栽培种和种间杂种等各类资源2000余份；系统完成了马铃薯资源晚疫病、青枯病、病毒病等抗性鉴定及抗寒性和品质性状评价；建立了原生质体融合技术平台，获得首批抗青枯病、抗寒种间体细胞杂种，创造出了一批具有抗性突出、遗传背景广泛的亲本材料；开展了块茎发育、低温糖化和抗寒等重要性状形成分子与遗传机制解析，揭示了晚疫病、青枯病和病毒病等植株抗性形成的遗传基础和植物-病原互作的分子机制，建立了相应的分子标记辅助选择体系，为抗性改良和育种技术创新提供了理论支撑和技术平台；提出了块茎发育的分子生理机制，发明了试管薯高效生产技术，创新了种薯繁育体系；建立了马铃薯南方马铃薯“深沟宽垄全覆膜”机械化栽培技术。育成新品种22个，获植物新品种权5项，获国家发明专利20余项，获湖北省科技进步一等奖、湖北省技术发明一等奖、农业部全国农牧渔业丰收一等奖等科技奖项，发表学术论文300余篇。

文章链接：

‍https://doi.org/10.1093/hr/uhad035

转自：“园艺研究”微信公众号

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