近日，针对热带块根作物长期存在的“光合效率高但产量转化受阻”产业瓶颈，国家特色热带作物产业技术体系育种技术与方法岗位、中国科学院分子植物科学卓越创新中心张鹏研究员团队在国际植物学顶级学术期刊《Current Opinion in Plant Biology》发表特邀综述。文章建议打破传统“单纯提升光合捕获”的育种思维定势，系统构建涵盖源叶光合能量转化、瞬时淀粉昼夜周转、韧皮部高效长距离输送及地下库端分配的完整协同网络，并首次提出通过“工程化重构碳分配”实现跨越式增产的全新育种指导思想。
该综述深度解析了块根膨大过程中的“碳流去向争夺战”。文章特别指出，逆境常促使植物将碳同化物分流至木质素合成与维持性呼吸，导致根部发生木质化（俗称“柴化”）而无法形成有效产量。在破解这一“淀粉—木质素代谢开关”节点上，文章指出，由NAC083等关键转录因子及T6P-SnRK1-TOR能量感应轴构成的调控中枢是提高产量的关键。通过协同解除能量感知拮抗并精准关闭木质素合成分支，可像开启“分子阀门”一样引导蔗糖高效转化为淀粉，成功实现从“牛蒡根”向“膨大高淀粉块根”的生理转折，同时借助SOD/CAT等抗氧化防御机制确保极端气候下的产量稳定性。
这一创新理论为热带块根作物分子设计育种绘制了清晰且可操作的技术路线图。文章明确遴选并推荐了一系列高价值基因编辑靶点，包括提升筛管装卸能力的SUT/SWEET糖转运蛋白、驱动渗透压与能量流的VP1质子泵以及MeGWD1淀粉周转关键酶等。这不仅填补了我国热带块根作物“源—输—库”协同调控机制的理论空白，更为体系利用精准基因编辑技术突破产量极限、培育兼具“高产、高淀粉、强抗逆”特性的新一代木薯与甘薯战略性新品种提供了坚实的科技支撑。
论文
图1 调控块根作物碳分配与产量的源–库整合代谢网络
该综述以“From source to sink: An integrated metabolic network for enhancing yield and resilience in cassava and sweet potato”为题发表于国际知名期刊Current Opinion in Plant Biology。育种技术与方法岗位副研究员马秋香为第一作者，岗位科学家张鹏研究员为通讯作者。该研究得到国家特色热带作物产业技术体系、热带作物生物育种全国重点实验室科研项目、中央级公益性科研院所基本科研业务费专项、国家自然科学基金面上项目的资助。
论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1369526626001299
报送岗站：育种技术与方法岗
报送时间：2026年10月29日
本文作者：马秋香 张鹏