马铃薯种质演化与分类研究进展

马铃薯野生种具有丰富的遗传变异,是栽培马铃薯遗传改良的重要优良性状来源。然而,关于野生和栽培马铃薯的分类长期以来一直存在争议。1990年Hawkes将Petota组划分为21个分类系,其中包含7个栽培种和228个野生种。随着分子生物学和测序技术的发展,2014年Spooner等对马铃薯分类进行整合和补充,基于各种形态学和分子证据,最终将Petota组划分为由107个野生种和4个栽培种组成的3个进化枝。此外,考古学和现代基因组学分析证实了S.candolleanum是栽培马铃薯的直接祖先种。随着近年来大量的马铃薯种质被测序,更多的基因组信息被揭示,结合新兴的基因组选择育种、基因编辑等技术,有望创新马铃薯育种模式与机制,为马铃薯精准分子育种提供新思路。综述探究了马铃薯种质演化、分类进展以及利用展望,以期为马铃薯种质资源改良和育种利用提供参考。

糖信号调控马铃薯块茎发育的研究进展

马铃薯是全球最大的非谷类粮食作物,在全球经济和粮食安全中发挥重要作用。块茎是马铃薯的经济器官和繁殖器官,存储了大量淀粉,其发育过程受糖信号调控。糖信号调控马铃薯块茎形态建成及库源关系。本文概述了植物糖信号途径,糖信号调控马铃薯块茎形态建成、淀粉积累及其与光周期、植物激素等信号途径的关系等方面的研究进展,并在此基础上提出了糖信号调控马铃薯块茎发育的模式,旨在为进一步阐明糖信号调控马铃薯块茎发育的机制提供借鉴。

基于热处理CRISPR/Cas9马铃薯植株的基因编辑体系优化

以二倍体马铃薯栽培种AC142和四倍体栽培种E3为试验材料,构建并优化了马铃薯内源启动子驱动的CRISPR/Cas9基因编辑体系。以控制白化表型的八氢番茄红素脱氢酶基因(StPDS)为靶标基因,通过农杆菌介导的遗传转化侵染试管薯,根据转化效率和表型突变频率的分析,筛选出马铃薯内源启动子StU6和StUBI10驱动的HM4载体为最优CRISPR载体。以常温处理为对照,对HM4获得的AC142的37个全绿株系和白绿嵌合株系、E3的4个全绿株系的侧芽进行循环8次的短期热处理(37℃24h+22℃24h)共15d,表型分析和测序检测表明,对敲除株系进行短期热处理能显著提高CRISPR/Cas9的编辑效率。常温下,AC142和E3敲除株系的表型突变频率分别为16.2%(6/37)和0(0/4),循环8次短期热处理之后,表型突变频率分别提高到54.1%(20/37)和75%(3/4)。其中,AC142敲除株系的侧芽能得到10.8%(4/37)白化株系,而E3未能得到白化株系,只能得到75%(3/4)的白绿嵌合株系。4次连续15 d的短期热处理后,2.1%(3/144)的E3敲除株系的侧芽可在常温下保持白化。对短期热处理后的白化植株进行TA克隆,测序结果显示二倍体敲除株系CR-AC142-StPDS-17/21和四倍体敲除株系CR-E3-StPDS-3/4的8~12个单克隆都不存在野生型,说明本研究的敲除体系可在马铃薯中实现对靶标序列的完全诱导突变。该体系可广泛应用于马铃薯突变体的创制,为马铃薯基因功能组学研究和目标性状精准改良提供技术基础。