2022年8月17日，国家木薯产业技术体系育种技术与方法岗张鹏研究团队在International Journal of Molecular Sciences（IF=6.208）期刊发表了题为“Knockdown of p-Coumaroyl Shikimate/Quinate 3′-Hydroxylase Delays the Occurrence of Post-Harvest Physiological Deterioration in Cassava Storage Roots”的研究论文，通过RNA干扰技术对苯丙烷代谢途径中的关键基因香豆酸-3-羟化酶基因（p-coumarate 3-hydroxylase gene，C3'H）的保守区域进行干扰，获得了延缓PPD症状发生的木薯新种质，证实了C3'H是参与香豆素合成的关键基因并在PPD发生过程中起重要作用。

  木薯富含淀粉，高产抗旱耐贫瘠，可做到不与粮食争地，符合能源与粮食和谐发展的战略，是双碳目标重大战略部署的先锋作物。但是木薯收获后2-3天，储藏根薯肉会出现褐变或青褐变，即所谓的采后生理性变质（post-harvest physiologic deterioration，PPD）。PPD的发生涉及基因表达、活性氧自由基（reactive oxygen species，ROS）清除、次生代谢物合成和信号转导等一系列复杂的生理生化过程。团队前期研究表明通过协同表达超氧化物歧化酶（MeCu/ZnSOD）和过氧化氢酶（MeCAT1），可强化木薯ROS清除能力来延缓PPD的发生可达10天（Xu et al., 2013)，并且发现褪黑素调节ROS清除系统影响PPD进程（Ma et al., 2016）。通过维管束表达溶菌酶特异性地抑制多酚氧化酶的活性, 降低木薯采后褐化的程度, 延缓了PPD症状的发生(Wu et al., 2022)。

  为了进一步验证香豆素合成是PPD症状发生的主要因素，该团队通过对香豆素合成通路中起关键作用的香豆酰莽草酸/喹啉3'-羟化酶（C3'H）基因的保守区域进行RNA干扰，获得了相应的转基因木薯。转基因植株的田间表型长势正常，储藏根的PPD发生过程明显比野生型延迟，其东莨菪素Scopoletin和东莨菪苷Scopolin的含量也显著低于野生型，并且储藏根中木质素的含量也较野生型低。表明C3'H是合成香豆素类次生代谢产物的关键酶，参与木薯储藏根PPD症状的发生，为后续基因编辑培育耐PPD木薯新种质提供了靶标基因。

延缓木薯PPD发生的调控示意图

  育种技术与方法岗马秋香副研究员、许佳博士为本研究论文的共同第一作者，岗位专家张鹏研究员为通讯作者。该研究得到国家重点研发计划（2019YFD1001100）和国家现代农业产业技术体系（CARS-11）等项目的资助。

  文章链接： https://www.mdpi.com/1422-0067/23/16/9231

  参考文献：

     Xu J, Duan X, Yang J, Beeching JR, Zhang P. 2013. Enhanced reactive oxygen species scavenging by overproduction of superoxide dismutase and catalase delays postharvest physiological deterioration of cassava storage roots. Plant Physiology 161: 1517-1528.

    Ma Q, Zhang T, Zhang P, Wang Z-Y. 2016. Melatonin attenuates postharvest physiological deterioration of cassava storage roots. Journal of Pineal Research 60:424-434. 

    Wu X, Xu, J, Ma Q, Ahmed S, Lu X, Ling E, Zhang P. 2022. Lysozyme inhibits postharvest physiological deterioration of cassava. Journal of Integrative Plant Biology 64: 621–624.