“马铃薯块茎发育的适宜土温是16℃-18℃,以不超过21℃为好,高于25℃时不利于块茎膨大。高温会使块茎停止生长。“
这是马铃薯块茎形成的温度要求。
也就是说,马铃薯不喜欢“热“。如果温度过高,形成的块茎数量就会明显减少,甚至不能形成块茎,造成产量损失。
但,为什么马铃薯不喜欢“热“?温度过高抑制块茎形成的机制是什么?
找出这个问题的答案很有现实意义,因为除了玉米、大米、小麦和木薯,土豆已是世界上最重要的主食之一。另外,在全球变暖的大环境下,未来我们或面临更多高温天气,会严重影响马铃薯的产量。
来自德国弗里德里希·亚历山大大学(Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg)Uwe Sonnewald教授领衔的研究团队找到了高温影响块茎形成的一种新机制。
把马铃薯种植的环境温度升高(白天29℃,夜晚27℃)后,Uwe Sonnewald教授团队发现马铃薯植株的地上部长势良好,但地下几乎不能形成块茎。仅有的几个块茎淀粉含量极低,发芽快,也容易腐烂。
白天21℃,夜晚18℃为马铃薯块茎形成的最适温度,在这个温度下,有一种被称为SP6A(SELF-PRUNING 6A)的蛋白可以诱导块茎的形成,而升高温度后,SP6A的表达降低,同时块茎形成受到抑制。同时有研究表明,过表达SP6A可以促进块茎的形成,而抑制SP6A的表达则减少块茎的形成。所以,SP6A对块茎的形成至关重要。SP6A是什么?很多人也许对它陌生,但对它的同源“兄弟“FLOWERING LOCUS T应该是很熟悉了。
温度是如何调控SP6A的表达,从而影响块茎形成?
在Uwe Sonnewald教授团队的研究中,他们发现SP6A特异的小RNA在温度升高时积累,抑制了SP6A的表达从而抑制了块茎的形成。通过过表达STTM (a short tandem target mimic)载体,把这种RNA抑制后,在白天29℃,夜晚27℃条件下,马铃薯植株仍然能形成优质的块茎。
温度影响马铃薯块茎形成的模式图
据了解,Uwe Sonnewald教授团队下一步的工作是测试这些马铃薯在田间的表现情况,看是否和实验室条件下一样可以经受高温的考验。
然而,遗憾的是,这项研究未能确定这个小RNA的形成以及受温度调控的机制。研究人员也指出,这将是他们未来研究的一个重点内容。
因此,该研究揭示了小RNA调节SP6A的表达影响马铃薯块茎形成的机制。研究结果为培育耐热马铃薯品种提供了一种新的策略。这项研究于近日发表在细胞出版社出版的Current Biology杂志上。