甘薯(Ipomea batatas [L.] Lam.)是世界上重要的薯类粮食作物，不仅营养丰富、产量高，还具备耐旱、耐贫瘠等优良特性。甘薯品种类型丰富，特别是薯肉颜色的多样性一直备受关注。花青素作为赋予薯肉颜色最重要色素之一，其生物合成机制的研究对于甘薯品质改良具有重要意义。
1月16日，山西农业大学山西省特用作物遗传和代谢工程研究中心主任、山西省薯类产业技术体系副首席贾小云教授领衔的薯类作物种质创新团队在国际著名学术期刊Journal of Advanced Research（中科院一区TOP，IF=11.4）在线发表了题为“Post-transcriptional and post-translational regulation of anthocyanin biosynthesis in sweetpotato by Ib-miR2111 and IbKFB: implications for health promotion”的研究论文。该论文揭示了甘薯地下块根中花青素合成的转录后和翻译后调控机制，为甘薯品质改良提供了新的思路。
研究结果显示，紫心甘薯块根中Ib-miR2111的表达量显著高于非紫心甘薯块根。通过生物信息学分析、降解组测序和烟草瞬时表达实验发现编码Kelch重复F-box蛋白的IbKFB是Ib-miR2111的靶基因，其表达模式与Ib-miR2111相反。过表达、CRISPR/Cas9等基因操作实验发现，Ib-miR2111过表达转基因拟南芥和甘薯的花青素水平及花青素合成相关基因的表达均显著提高；而过表达IbKFB的拟南芥和甘薯植株的花青素含量和花青素合成相关基因的表达量均显著降低。这表明Ib-miR2111通过从转录后水平负调控靶基因IbKFB，进而正调控拟南芥和甘薯中花青素的积累。通过甘薯酵母文库筛选、酵母双杂交（Y2H）、双分子荧光互补（BiFC）、谷胱甘肽S-转移酶下拉（GST pull-down）、共免疫沉淀（Co-IP）和泛素化等一系列实验发现IbKFB与苯丙氨酸解氨酶1（IbPAL1）和甘油醛-3-磷酸脱氢酶1（IbGAPCp1）相互作用，并通过泛素化从翻译后水平调控甘薯中花青素的积累。此外，还通过体外实验评估了转基因甘薯中提取的花青素对炎症细胞形态、细胞因子表达和细胞增殖的影响。
这一发现不仅丰富了人们对植物地下器官中花青素合成调控的认识，还为色素生物强化专用型甘薯新种质的培育提供了理论依据。另外，通过有效运用双靶点CRISPR/Cas9技术对甘薯六倍体基因组中的短小miRNA序列进行精确编辑，为甘薯等多倍体作物的精准育种开辟了新途径。
团队成员唐锐敏副教授为论文第一作者，李江辉副研究员、李润植教授以及赵彩良、董晶剑、刘霞宇、常璐等同学参与了研究工作。中国农业大学生物学院陈其军教授馈赠了基因编辑载体并指导了相关载体的构建。山西农业大学贺立恒教授、贾小云教授，徐州农科院曹清河研究员和美国密歇根理工大学唐贵良教授为该论文的共同通讯作者。美国肯塔基大学袁凌教授、河南大学张学斌教授及杨文奇博士、浙江大学武亮教授、河南农业大学彭廷教授为该研究提供了宝贵的建议和帮助。该研究受到国家重点研发计划、国家自然科学基金、山西省科技合作、高端外国专家引进计划等项目的资助。来源：植物生物技术pbj
