马铃薯（Solanum tuberosum L.）是我国西南山区重要粮食作物和支柱产业，对保障区域粮食安全和阻力乡村振兴具有重要的战略地位。株型由株高、茎粗、叶片特性、冠层结构等一系列关键农艺性状构成，是决定作物区域环境适应性、栽培模式适配性、收获效率与最终产量的关键因素。针对西南寡日照气候和马铃薯/玉米套作模式，生产所需的马铃薯理想株型需兼具粗壮茎秆、适中株高与适宜叶面积。该株型既可以提高马铃薯栽植密度，增强群体光能截获效率与弱光耐受能力，又能缓解马铃薯叶片对玉米幼苗的遮荫胁迫，进而提升套作模式下复合群体的产量水平潜力。
近日，学院薯类团队在Horticulture Research上在线发表了题为“Loss of StLOX2a confers an optimized semi-dwarf plant architecture without tuber yield penalty under controlled growth conditions in potato”的研究论文，本研究提出单基因借助叶-茎信号通路同步改良茎叶株型结构，打破传统株型矮化和产量的权衡，为培育西南区环境与栽培模式适配、增产增效的马铃薯理想株型新品种提供全新思路。
本研究从马铃薯T-DNA插入突变体库中筛选获得半矮化突变体sd6-23，该突变体节间缩短、茎秆增粗、叶面积增大，且块茎产量不受影响。通过全基因组重测序与 CRISPR/Cas9基因编辑技术证实编码13-脂氧合酶家族蛋白的StLOX2a功能缺失导致了该突变体表型。StLOX2a主要在叶片中表达，其蛋白定位于叶绿体。StLOX2a缺失导致叶片表皮细胞和茎髓部薄壁细胞数量增多以及茎表皮细胞缩短。叶片中 StLOX2a缺失会降低脂氧合酶活性，抑制茉莉酸（JAs）合成，促进细胞分裂素CKs积累，进而促进叶片细胞分裂导致叶片增大；叶片中潜在的信号可能通过器官间长距离运输调控茎中GAs和CKs合成与JAs稳态，协同调控细胞伸长与分裂，最终形成短粗节间。
lox2a突变体调控马铃薯株型结构的工作模型图
易小平博士和已毕业硕士生周志为共同第一作者，刘勋教授为本论文的通讯作者。本研究得到重庆市技术创新与应用发展重点项目（CSTB2024TIAD-KPX0017）、国家自然科学基金（31901467）、重庆市自然科学基金（CSTB2023NSCQ-MSX0812）、重庆市现代农业产业技术体系（CQMAITS202303）、中央高校基本科研业务费专项资金（SWU-KF25037）以及大学生创新创业训练计划（S202510635404）的资助。
论文链接：//doi.org/10.1093/hr/uhag242