马铃薯淀粉磷含量与糊化特性的全基因组关联分析及其分子调控机制

为解析马铃薯淀粉功能特性的遗传基础，研究人员对102份种质资源的磷含量(PC)、表观直链淀粉含量(AAC)及糊化/质构特性进行全基因组关联分析(GWAS)，鉴定出75个显著位点及淀粉合成关键基因(SBE/GWD/SS等)，为定向改良淀粉品质提供分子靶点。

　　

马铃薯作为全球第四大粮食作物，其淀粉独特的理化特性使其在食品工业和生物材料领域具有不可替代的价值。然而，决定淀粉功能特性的关键因素——磷含量(PC)和直链淀粉含量(AAC)存在显著基因型差异，其遗传调控机制尚不明确。淀粉中磷酸基团通过影响糊化透明度、黏弹性和凝胶特性，直接决定了其在面条、面包等食品中的应用效果；而直链淀粉含量则与凝胶硬度、消化特性密切相关。尽管前人发现淀粉合成相关基因(如SBE、SS等)可能参与调控这些特性，但系统性解析其遗传基础的GWAS研究仍属空白。

浙江大学研究人员通过对102个马铃薯品种在两环境下的表型分析，结合全基因组关联研究，首次全面揭示了淀粉功能特性的遗传架构。研究采用紫外分光光度法测定PC，碘比色法检测AAC，快速黏度分析仪(RVA)评估糊化特性，质构仪测定凝胶硬度等参数。通过混合线性模型(MLM)进行GWAS分析，结合基因注释挖掘候选基因。

PC和AAC
PC在337.1-997.6 ppm范围内呈现21.1%的变异系数，显著受基因型和G×E互作影响；而AAC(23.7-34.1%)表现出更高稳定性。GWAS鉴定到3个PC相关位点，其中位于染色体5的S_{5_30567281}与葡聚糖水二激酶(GWD)基因相邻，该酶已知参与淀粉磷酸化修饰。

糊化特性
峰值黏度、回生值等参数变异显著，共检测到42个显著SNP。位于染色体8的S_{8_45632817}同时调控峰值黏度和崩解值，该区域存在淀粉分支酶(SBE3)基因，其通过改变支链淀粉结构影响糊化行为。

质构特性
硬度、胶性等性状关联到30个位点，其中染色体1的S_{1_12567843}与磷酸葡萄糖变位酶(PGM)共定位，该酶催化葡萄糖-1-磷酸与葡萄糖-6-磷酸的转化，是淀粉合成的关键限速步骤。

多效性位点
染色体11的S_{11_88234651}同时影响PC、最终黏度和硬度，其附近的α-葡聚糖磷酸化酶(PHO1)可能通过协调淀粉磷酸化与链长分布产生多效作用。

该研究系统解析了马铃薯淀粉功能特性的遗传网络，发现75个显著位点中15个与已知淀粉合成基因(SS、GBSS等)重叠。特别值得注意的是，PC相关位点与糊化/质构性状的遗传重叠率达38%，从分子层面证实了磷修饰对淀粉功能的核心调控作用。研究为马铃薯分子设计育种提供了明确靶点——通过标记辅助选择优化GWD和SBE等关键酶活性，可同步改良淀粉的工业适用性和营养品质。这些发现对开发专用型马铃薯品种（如高透明凝胶型或低血糖指数型）具有重要指导价值，论文发表于《Carbohydrate Polymers》。