近期，国际知名植物学期刊《新植物学家（New Phytologist）》在线发表了云南师范大学尚轶/马玲团队题为"Origin of a self-compatibility associated MITE inPetotaand its application in hybrid potato breeding"的研究论文。该研究系统解析了转座子Mi-549调控马铃薯自交亲和基因Sli表达模式的分子机制，为二倍体马铃薯杂交育种研究提供了重要的理论基础和种质资源。

研究背景：

马铃薯（Solanum tuberosumL.）是世界上最重要的非谷类粮食作物之一。目前商业栽培的马铃薯多为四倍体，虽然产量较高，但存在育种周期长、繁殖系数低等问题。二倍体马铃薯杂交育种能有效解决这些难题，“优薯1号”的发布也标志着马铃薯杂交育种在技术上的可行性。然而，自然界中大多数二倍体马铃薯均为自交不亲和，严重制约了优良自交系的选育。

研究团队前期成功克隆了关键的自交亲和基因Sli，该基因作为打破S-RNase“分子锁”的“万能钥匙”，能够有效“解锁”二倍体马铃薯的自交亲和性状，在马铃薯杂交育种中具有重要意义。Sli基因的表达可能受到启动子区域长度为549bp的微型反向重复转座元件（MITEs）（Mi-549）的影响，但Mi-549调节Sli基因特异性在花粉及花粉管等雄配子中表达的作用机制尚不清楚。此外，关于Mi-549在马铃薯中的起源、进化及其插入与二倍体马铃薯自交亲和表型间的相关性等问题也亟待解决。

图1 Mi-549影响Sli基因启动子活性、甲基化水平和RdDM途径相关基因的表达

研究团队发现启动子上Mi-549的插入能显著增强Sli基因启动子的转录活性。在叶片等体细胞中，Mi-549区域高度甲基化，抑制了Sli基因的表达；而花粉中，由于RNA指导的DNA甲基化（RdDM）途径中StDCL和StAGO等关键基因不表达，导致Mi-549区域CHH型甲基化水平显著降低，从而激活了Sli基因的表达（图1）。

图2 Mi-549插入影响二倍体马铃薯自交花粉管的延伸及其自交亲和性

通过对393份二倍体马铃薯的基因组重测序数据进行分析，研究团队追溯了Mi-549的进化历程。结果显示，该转座子最早出现在野生种S.lesteri中，但在栽培品种中保留较少，这可能与马铃薯长期采用无性繁殖有关。通过自交授粉试验，表明Sli基因启动子上Mi-549的插入直接影响了自交花粉管的延伸，从中筛选出3份具有自交亲和性的材料，分别来自于S. lesteri、S. neocardenasii和S. stenotomum（图2）。这些材料不仅能够自交结实，还具有抗病虫、抗逆等优良农艺性状，为杂交育种提供了宝贵的遗传资源。

图3 MITEs插入对马铃薯种质同源基因对表达水平的影响

研究还发现，转座子对邻近基因表达的调控在马铃薯基因组中普遍存在（图3），这一发现为理解转座子在植物基因组进化中的功能提供了新视角。

云南师范大学博士研究生张赛行、科研助理廖庆刚和硕士研究生张瞻为论文共同第一作者。云南师范大学尚轶教授和马玲副研究员为共同通讯作者。研究得到了国家自然科学基金、云南省基础研究计划及广东省基础与应用研究等多个项目的资助。

论文链接：https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.70093