通过体外诱变鉴定高淀粉和低木质素木薯突变体

《BMC Plant Biology》：Identification of cassava mutants with high-starch and low-lignin through in vitro mutagenesis

　　

摘要

背景

木薯（Manihot esculenta Crantz）是一种热带作物，其块根含有大量淀粉，但过多的木质素沉积会负面影响加工特性和品质。因此，开发淀粉积累增强且木质素含量降低的木薯种质资源是一个重要的育种目标。然而，目前尚不清楚诱导的遗传变异是否能调节淀粉和木质素的积累，并产生具有改进成分特性的基因型。

结果

在本研究中，在木薯品种 SC205 中建立了一种结合大气压常温等离子体（ARTP）和甲基磺酸乙酯（EMS）的体外诱变方法。共获得 184 个再生品系，其中选取了 16 个生长旺盛且块根形成稳定的品系进行进一步评估。观察到突变体品系之间块根成分存在显著差异，且在连续两年的种植周期中，淀粉积累与木质素含量始终呈负相关。值得注意的是，与野生型（WT）相比，突变体品系 A18 表现出淀粉积累增加和木质素含量降低，而 E27 则表现出相反的表型。为了调查淀粉和木质素积累差异背后的分子基础，利用来自 A18、E27 和 WT 植株的块根进行了代谢组学分析和 qPCR 分析。代谢组和转录组分析显示，A18 表现出增强的淀粉和蔗糖代谢以及淀粉生物合成相关基因的表达增加，而 E27 则显示苯丙烷代谢激活和木质素生物合成相关基因的表达升高。

结论

本研究表明，ARTP 和 EMS 诱导的诱变产生了显著的成分多样性，同时保持了淀粉积累与木质化之间的负相关关系。鉴定出的高淀粉/低木质素突变体 A18 为阐明木薯块根中淀粉积累与木质素生物合成之间的调控关系提供了宝贵的遗传资源。