IbMYB1-4基因通过表达剂量效应在甘薯（Ipomoea batatas (L.) Lam.）中正向调控紫茎的形成并影响叶片颜色

《Theoretical and Applied Genetics》：IbMYB1-4 positively regulates purple stem and influences leaf color via dosage effect of gene expression in sweetpotato (Ipomoea batatas (L.) Lam.)

甜薯六倍体基因组中发现至少五个IbMYB1基因拷贝，其中IbMYB1-4在茎皮和叶表皮特异性表达，调控花青素单体积累导致颜色差异，并通过与bHLH转录因子IbbHLH2的G-box结合增强表达，为育种提供新资源并拓展理论。

　　

摘要

在甘薯中，花青素积累的定量变化产生了一个连续的颜色谱系，这一谱系既决定了不同品种的观赏价值，也影响了其营养品质。尽管先前的研究表明IbMYB1基因的表达对种质的紫色色素形成至关重要，但该基因在多倍体基因组中存在多个拷贝，导致其遗传复杂性至今尚未完全被理解。本研究发现，甘薯的六倍体基因组中至少包含五个IbMYB1拷贝，分别命名为IbMYB1-1、IbMYB1-2a/b、IbMYB1-3和IbMYB1-4。通过基因序列克隆、转基因互补实验以及高分辨率的空间表达分析，我们发现之前未被研究的IbMYB1-4基因特异性地表达在茎皮和叶表皮中，在那里它调控了不同花青素单体的差异积累，从而使甘薯植株的颜色从紫色到接近黑色不等。酵母单杂交筛选和双荧光素酶报告基因实验证实，bHLH转录因子IbbHLH2能够与IbMYB1-4启动子中的典型G-box基序结合，从而增强了IbMYB1-4的表达。通过‘Purple_X20’בX99’和‘Black_leaf’בX99’的种间杂交获得的F₁后代群体显示，IbMYB1-4基因与控制茎部紫色的显性基因Purple（P）位点之间存在严格的共分离现象。此外，紫色至黑色的叶片性状可能是由P位点与一个假定的R位点之间的剂量依赖性相互作用所调控的，这很可能与IbMYB1-4的不同表达有关。总体而言，这些发现为甘薯育种计划提供了新的遗传资源，并扩展了针对色素性种质进行定向改良的理论框架。