甜薯根系发育的负调控机制：IbMYB52/IbARF11L-IbDRM1模块的分子解析及其育种应用价值

研究人员针对甜薯(Ipomoea batatas)块根发育迟缓的产量瓶颈问题，揭示了IbMYB52/IbARF11L-IbDRM1分子模块的负调控机制。通过转基因和分子互作实验证实，该模块通过抑制生长素(IAA)信号通路关键基因表达，降低IAA含量(14.04%-23.53%)从而阻碍根系发育，为甜薯遗传育种提供了新靶点。

　　

甘薯作为全球第七大粮食作物，其块根发育直接关系粮食安全。然而，块根膨大迟缓会导致严重减产，这一现象与生长素信号通路的异常调控密切相关。以往研究发现，生长素浓度梯度对根系发育具有双重调控作用：高浓度促进初生根分生区细胞分裂，低浓度则加速木质化。但具体哪些基因参与这一过程，特别是具有保守生长素抑制域(Auxin-repressed domain)的DRM1家族基因如何发挥作用，始终是未解之谜。

中国农业科学院的研究团队通过比较转录组分析，在块根正常发育品种"徐紫薯8号"(XZ8)和膨大延迟品系"Xu18-192"(X192)中锁定关键差异基因IbDRM1。该基因在X192中高表达且含有保守生长素抑制域，在XZ8中低表达。研究人员通过构建过表达(OE)和RNA干扰(Ri)转基因株系，结合生理指标测定和分子互作实验，系统解析了IbDRM1及其上游调控网络的作用机制。相关成果发表在《Plant Physiology and Biochemistry》上。

研究主要采用以下关键技术：1) 基于60/90/120/150 DAP(种植后天数)时间节点的转录组比较分析；2) 利用Xushu29品种构建IbDRM1过表达和RNAi转基因株系；3) 酵母单杂交和双荧光素酶报告系统验证转录因子结合活性；4) 免疫共沉淀(Co-IP)检测蛋白互作；5) 生长素含量HPLC检测。

【植物材料与生长条件】
选用高淀粉品种"徐薯29"为野生型对照，在MS培养基和田间条件下进行表型观察，发现IbDRM1-OE株系全生育期IAA含量降低，根系发育受抑，而Ri株系呈现相反表型。

【IbDRM1表达与根系发育负相关】
RT-qPCR显示IbDRM1在X192中表达量是XZ8的3-5倍。转基因实验证实，OE株系块根鲜重减少38.7%，IAA信号通路关键基因(IbPIN/IbABCB等)表达下调，Ri株系则促进根系膨大。

【IbMYB52直接激活IbDRM1转录】
通过酵母单杂交和EMSA实验发现，IbMYB52能特异性结合IbDRM1启动子-800bp区域的MYB核心顺式元件。IbMYB52-OE植株IAA含量增加14.04%-23.53%，根系发育受抑程度与IbDRM1-OE类似。

【IbARF11L增强转录复合体活性】
Co-IP和双荧光素酶实验揭示，生长素响应因子IbARF11L与IbMYB52互作形成复合体，协同提升IbDRM1启动子活性达2.3倍，建立了"生长素-IbARF11L-IbMYB52-IbDRM1"调控级联。

该研究首次阐明甜薯中IbMYB52/IbARF11L-IbDRM1模块通过负调控生长素稳态抑制根系发育的分子机制。创新性发现包括：1) 鉴定DRM1家族基因在甜薯中的新功能；2) 揭示MYB-ARF转录复合体调控生长素抑制基因的新模式；3) 为分子设计育种提供关键靶点——通过调控该模块可打破生长素含量与根系发育的负相关，培育高产优质品种。研究不仅完善了甜薯块根发育的理论框架，其发现的保守调控机制也可能适用于其他块根类作物。