江苏农科院解析蔗糖合酶调控甘薯淀粉品质机制 甜度指数最高提升33%
省级科研机构在Q1期刊发表的甘薯淀粉品质分子改良机制研究，数据扎实、结论有新意，对种业与加工产业有参考价值，值得进入每日精选。
研究首次系统解析蔗糖合酶基因过表达对甘薯块根碳分配及淀粉多尺度结构的重塑效应，提出基线碳分配决定改良响应强度。
近日，粮食作物研究所甘薯研究团队在国际食品期刊《Journal of Future Foods》（农林科学大类Q1区TOP，IF=10.6）在线发表研究论文。该研究首次系统解析了蔗糖合酶基因IbSUS10过表达对甘薯块根碳分配及淀粉多尺度结构的重塑效应，揭示了“基线碳分配格局”决定遗传改良响应强度的基因型依赖机制，为甘薯淀粉品质分子改良和清洁标签专用淀粉开发提供了新靶点与理论依据。
淀粉是甘薯块根最主要的贮藏物质，其加工特性直接决定粉丝、淀粉糖及预制食品的品质。然而，天然甘薯淀粉普遍存在糊化温度偏高、热剪切稳定性不足、易回生等问题，传统化学改性又与清洁标签的产业趋势存在冲突。如何在作物源头实现淀粉加工性能的定向改良，是甘薯品质育种亟需回答的问题。蔗糖合酶（SUS）催化蔗糖裂解，处于碳流进入淀粉合成与次生代谢的分支节点，但其在甘薯块根中如何从分子链层面逐级影响淀粉的超分子组装和热加工性能，此前缺乏系统证据。
针对这一空白，团队在徐薯29号（X29）和苏薯24号（S24）两个高淀粉品种中过表达IbSUS10，对淀粉从分子链到加工性能的变化进行了全链条解析。研究发现，IbSUS10过表达将块根碳流由淀粉合成导向可溶性糖和酚酸积累，甜度指数最高提升33%；淀粉分子层面表现为支链淀粉短链（DP 6-12）比例下降、平均链长增加，直链淀粉含量最高提高3.6%。分子结构的变化逐级传导至超分子尺度，相对结晶度最低降至28.5%，层状峰强度下降超过50%，最终使糊化温度降低、峰值黏度最高提升23%。转录分析进一步将上述变化回溯至AGPase亚基和IbSBEI/IbSBEII的表达下调，形成了“基因表达—碳流分配—多尺度结构—热加工性能”的完整因果链。
同一遗传操作在X29和S24中引发的表型变化幅度存在明显差异，经分析发现，这一基因型依赖并非偶然：相比而言，X29中木质素含量更高，碳流本身更偏向苯丙烷途径；S24则优先将碳分配于淀粉积累，因而对IbSUS10过表达带来的代谢扰动具有更强的缓冲能力。研究据此提出：受体品种的基线碳分配格局可作为预测淀粉品质分子改良响应强度的参考指标。在分子育种实践中，不能仅以目标基因的表达量或酶活高低作为筛选标准，而需同步评估受体材料的碳分配基线特征。对于碳流偏向苯丙烷途径的品种，引入淀粉品质相关基因可能获得更显著的结构改良效果，但需警惕产量代价；对于碳流偏向淀粉积累的品种，改良幅度相对温和，但产量稳定性更好。这一“基因—背景”匹配原则，为后续在其他块根块茎作物中理性设计分子育种方案、选择改良材料提供了可检验的概念框架。
在生产加工的应用上，该研究展示了一条不依赖化学修饰即可同步提升加工性能与营养品质的技术路径。从源头上改造淀粉“低糊化温度、高峰值黏度、低结晶度”的参数组合，可缩短热处理升温时间、降低能耗，减少达到目标稠度所需淀粉添加量，并可能延缓冷藏冷冻制品长期回生；可溶性糖自然积累带来减糖和清洁标签优势，酚酸上调增加抗氧化功能附加值。研究结果进一步为育种单位和加工企业评估技术落地成本、开发即食汤羹、酱料及高温杀菌/微波复热产品专用淀粉提供了直接参考。
该研究由江苏省农业科学院粮作所甘薯团队牵头，联合香港理工大学、扬州大学及古巴热带块根块茎作物研究所（INIVIT）共同完成。甘薯研究团队郭可博士后（已出站）为论文第一作者，边小峰研究员和禹阳副研究员为共同通讯作者。该研究获得了国家重点研发计划（2023YFE0111700）、江苏省卓越博士后计划（2024ZB706）、江苏省青年科技人才托举工程（JSTJ-2024-328）、江苏省种业振兴揭榜挂帅项目（JBGS (2021)010）、国家甘薯产业技术体系（CARS-10-Sweetpotato）及江苏省自然科学基金（BK20231383）等项目的资助。