甘薯(也称红薯、番薯、地瓜、红苕)是世界重要的块根类粮食作物，我国鲜薯年产量超过5100万吨(FAO，2024)，广泛应用于食品、工业用途。甘薯起源于中美洲，16世纪地理大发现后传播至世界各地的热带、亚热带地区。在原产地甘薯就有着较高的多样性，而长期的人工培育更产生了诸多的甘薯品种，在叶形、叶色以及薯色等性状上变化极大(图1)。然而这种多样性产生的分子机制尚不明确，从而制约了甘薯新品种的分子育种。

　　为解决这一问题，上海辰山植物园杨俊/王红霞团队联合浙江农林大学陆国权教授团队、美国肯塔基大学袁凌教授团队展开联合攻关，于 2026年3月24日在植物生物技术杂志《Plant Biotechnology Journal》在线发表题为《Sweet potato gene clusters control anthocyanin biosynthesis and leaf morphology》的研究文章，在了解甘薯叶色、薯色及叶形的分子调控机制方面取得了新突破。

　　论文链接：http://doi.org/10.1111/pbi.70636

　　甘薯本身为六倍体植物，其基因组包含6套染色体组，基因结构复杂，研究难度极大。科研人员在前期多倍体基因组研究基础上，对260份中国甘薯核心种质资源进行全基因组关联分析(GWAS)，将这些甘薯的叶形、叶色、薯色等性状和基因组测序得到的近460万个单核苷酸多态性位点(SNP)进行关联，并结合转录组数据以及多种分子生物学实验，系统挖掘关键调控基因。

　　研究结果显示，多个花青素合成相关基因调控了甘薯叶及块根中花青素的累积，从而影响了叶色和薯色。有趣的是，这些调控基因在染色体上往往成群分布，形成所谓的“基因簇”(Gene cluster)。例如甘薯地上部分花青素的积累受到第5号染色体上IbMYB转录因子基因簇调控，而地下部分花青素的积累则由分布在不同染色体区域的若干结构基因簇控制。不过，甘薯地上部分与地下部分花青素合成遗传调控体系还存在差异：控制叶色的基因簇主要为转录因子，是“调控基因的基因簇”，从而使得调控结果更加灵活多变;而调控薯色的基因簇则多为结构基因，也就是实际执行花青素合成过程的基因，因此调控结果显得更加保守稳健(图2)。

　　在叶形调控方面，GWAS和转录组测序结果筛选出了若干和叶形强相关的基因。有意思的是，其中大部分候选基因位于第7号染色体上。通过基因编辑等手段进行验证显示，这些7号染色体上的特定基因位点对甘薯叶裂性状起主效调控作用(图3)。

　　基于以上研究结果，科研团队创新性的提出“基因簇模块化调控复杂性状”模型(图4)，即调节叶色、薯色和叶形的基因成簇存在，并形成了调节这三大性状的“模块”，可以使得甘薯得以形成不同的性状而适应多变的环境。这一研究成果为多倍体作物复杂性状研究提供新视角，对甘薯分子育种及产业升级具有重要意义，也为其他多倍体作物研究带来启示。

　　作者及基金资助情况

　　上海辰山植物园助理研究员安冬与浙江农林大学现代农学院在读研究生沈铁晨为论文共同第一作者。上海辰山植物园王红霞副研究员、杨俊研究员、浙江农林大学现代农学院陆国权教授和美国肯塔基大学袁凌教授为论文共同通讯作者。上海辰山植物园副研究员范维娟博士、颜梦晓博士、已毕业研究生王心怡、孟颖慧、在读研究生李彦珅，浙江农林大学现代农学院徐锡明博士、吕尊富博士及已毕业研究生吴世雨等参与了相关研究工作。

　　本研究得到上海市绿化和市容管理局、国家甘薯产业技术体系、上海市科学技术委员会、国家自然科学基金委员会、浙江省重点研发计划以及浙江省“三农九方”科技协作计划等项目资助。