近日，中国农业科学院蔬菜花卉研究所马铃薯团队在园艺学国际知名期刊《Horticulture Research》（IF=8.5）发表了题为“Genetic architecture and major genes for tuber skin texture in potato”的研究论文。该研究系统揭示了马铃薯薯皮质地与细胞结构、木栓质和木质素积累之间的关系，在4号染色体定位到控制薯皮质地的主效QTL，并筛选出关键基因StPXG4及其上游调控因子，为改善马铃薯的外观品质提供了重要的理论支撑。
马铃薯（Solanum tuberosum L.）是全球第三大粮食作物，在保障全球粮食安全中发挥着关键作用。薯皮质地不仅直接影响马铃薯的外观品质，还与抗病、抗逆、耐机械损伤等特性密切相关。光皮马铃薯外观好，但抗病性弱、容易损伤；麻皮马铃薯耐损伤、抗病性强，但多用于加工。目前，关于薯皮质地的遗传基础与调控机制尚不明确。
为了揭开这一谜底，该研究对光皮品种“中薯早43”（Z43）和麻皮品种Innovator块茎不同发育阶段的薯皮进行切片观察和扫描电镜观察。结果发现，麻皮的形成主要是由于旧木栓层牢牢粘附在表面，随着块茎发育，表皮逐渐开裂所导致。进一步分析细胞壁成分后，明确了木质素和木栓质的积累水平与薯皮质地密切相关。
在此基础上，通过构建Z43和Innovator的F1遗传群体，结合BSA定位、薯皮发育过程中的转录组分析以及不同薯皮质地品种中的基因表达检测，在4号染色体定位调控薯皮质地的主效QTL，并从中克隆了关键基因过氧合酶StPXG4。通过共表达分析，鉴定到与StPXG4表达高度相关MYB转录因子StMYB103和StMYB58，推测它们可能通过调控StPXG4，进而影响木栓质和木质素的积累，最终决定薯皮质地。
此外，该研究在QTL区间中开发了4个Indel分子标记。在F群体中，这些标记的基因型-表型的一致性超过80%，其中3个标记的一致性超过90%。这项研究不仅为马铃薯薯皮质地的定向改良和种质创新提供了重要靶点，也为分子标记辅助育种提供了重要的技术工具。
我所已毕业硕士研究生张仁鸿、王硕为论文共同第一作者，徐建飞研究员与何铭副研究员为论文通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金（No.32172090）和国家马铃薯产业技术体系（CARS-09）的资助。
来源：中国农业科学院蔬菜花卉研究所