近日，中國熱科院品資所研究團隊在木薯高光效和淀粉積累的作用機制研究方面取得新進展，成功揭示了木薯鎂離子鰲合酶D亞基MeChlD基因在光合作用和淀粉積累中的作用機制，研究結(jié)果為提高木薯塊根產(chǎn)量提供理論依據(jù)和重要基因資源。

 

　　木薯是一種介于“C3”與“C4”之間的熱帶作物，具備高光效、高產(chǎn)等特性。在干早和高溫環(huán)境脅迫下，也能保持較高的光合效率，而葉綠素含量直接影響光合作用速率和光合產(chǎn)物形成。前期通過國家重點研發(fā)計劃課題1（木薯種質(zhì)資源精準評價與基因發(fā)掘）對376份木薯資源的光合速率測定，結(jié)合重測序、GWAS關聯(lián)分析，挖掘出與木薯光合作用關聯(lián)的基因-鎂離子螯合酶D亞基（MeChlD）。鎂離子螯合酶是葉綠素生物合成途徑中的第一種酶，在ATP依賴性條件下催化鎂離子插入原卟啉IX中。鎂離子螯合酶的活化、螯合反應離不開鎂離子螯合酶D亞基的參與。迄今為止，該類基因在木薯中的生物學功能尚未得到解析，限制了木薯高光效分子機制解析的研究進程。

 

　　本研究以MeChlD基因為研究對象，采用亞細胞定位、酵母雙雜交、雙分子熒光互補、qRT-PCR等技術(shù)，明確了MeChlD是定位于葉綠體的蛋白，且在木薯葉片中高表達（圖1）；同時解析MeChlD分別與MeChlM、MePrxQ互作，參與葉綠素生物合成途徑和氧化防御過程；利用VIGS技術(shù)獲得該基因的沉默株系，其葉片出現(xiàn)黃色斑塊，葉片中葉綠素含量和光合作用相關基因的表達顯著下降，同時沉默該基因也影響了木薯塊根發(fā)育及淀粉含量（圖2）。綜上，該研究結(jié)果成功揭示了MeChlD在木薯葉綠素合成、木薯塊根發(fā)育及淀粉積累中的重要作用，為后續(xù)精準提高木薯塊根產(chǎn)量提供理論支撐。

 

　　該研究成果以“Magnesium chelatase subunit D is not only required for chlorophyll biosynthesis and photosynthesis, but also affecting starch accumulation in Manihot esculenta Crantz”為題發(fā)表于《BMC Plant Biology》。中國熱科院品資所聯(lián)合培養(yǎng)碩士研究生羊興愛和蔡杰副研究員為共同第一作者，安飛飛副研究員、李開綿研究員和陳松筆研究員為論文通訊作者。該研究得到了國家重點研發(fā)計劃項目（No. 2019YFD1000500）、海南省自然科學基金（320RC730）、中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院公益性科研機構(gòu)基礎研究基金（1630032022007）、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系專項 （CARS-11-HNLKM）等項目資助。