块茎是马铃薯(Solanum tuberosum L.)的经济器官和无性繁殖器官,由地下匍匐茎亚顶端膨大发育而来,匍匐茎和块茎的形成直接影响马铃薯的产量和经济效益。挖掘结薯调控基因,研究匍匐茎、块茎的形成和发育机制,可为阐明块茎产量形成机理和培育高产马铃薯品种提供新思路。AP2/ERF家族转录因子参与多种植物的生长发育及逆境胁迫响应。但在马铃薯匍匐茎和块茎形成中的功能还未系统研究。基于转录组数据,发现StRAP2.7a/b在匍匐茎膨大时被强烈诱导,具有调控结薯的潜在功能。以四倍体栽培品种"鄂马铃薯3号"为试验材料,克隆StRAP2.7a/b的基因序列、CDS序列和启动子序列,通过生信分析、基因表达模式分析、转录活性分析、构建过表达和干涉株系以及多种分子生物和生理生化试验,解析StRAP2.7a/b在马铃薯块茎形成过程中的功能和机制。StRAP2.7a/b属AP2亚家族成员,基因分别长3 168和3 481 bp,包含9个和10个外显子,编码407和499个氨基酸,具有两个串联且保守的AP2结构域,等电点分别为9.24和6.21,均为亲水蛋白。对转录起始位点上游2 000 bp的启动子序列分析发现,除了含有常见的转录起始调控元件TATA-box、CAAT元件外,StRAP2.7a/b启动子中还含有大量响应脱落酸(Abscisic acid,ABA)、赤霉素(Gibberellin,GA)、吲哚乙酸(Indole-3-acetic acid,IAA)、乙烯(Ethylene,ETH)和水杨酸(Salicylic acid,SA)等激素的元件,Box.4和GT1等光响应元件,分生组织激活元件CCGTCC-box以及胁迫响应元件MYB、MYC、WUN等。转录组和qRT-PCR结果显示,StRAP2.7a/b在匍匐茎中高表达,表达水平随着匍匐茎的膨大上调,而在块茎形成后快速降低。为了鉴定两个基因的功能,通过农杆菌介导的遗传转化方法获得了StRAP2.7a/b组成型过表达株系和干涉表达株系。将各转基因株系和野生型于长日照下种植90和120 d后测定农艺性状。结果表明,相较于野生型,StRAP2.7a/b过表达株系的植株高度和地上生物量显著增加,地上分枝、地下主匍匐茎、次匍匐茎和块茎数量显著增多,最终导致块茎产量的增加。但干涉株系较野生型未表现出显著的差异,这可能是基因冗余造成的。同时,研究发现StRAP2.7a/b影响了马铃薯叶片的光合作用和匍匐茎中的激素累积。过表达StRAP2.7a/b提高了马铃薯叶片的净光合速率、气孔导度和蒸腾速率,显著增加了匍匐茎中IAA、反式玉米素(Trans-zeatin,tZ)及tZ合成前体的含量。IAA含量的增加可促进块茎的形成,tZ含量的增加则可同时促进匍匐茎和块茎的形成。通过转录组和DNA亲和纯化(DNA affinity purification,DAP)测序联合分析发现,434个StRAP2.7a潜在靶基因的转录水平在过表达植株中发生显著变化。GO和KEGG富集分析显示,这些基因富集在光合作用,碳固定,碳水化合物合成、代谢和转运,激素的合成、代谢、转运和信号转导,分枝和衰老等途径中。值得关注的是,过表达StRAP2.7a/b显著改变了部分已报道的结薯调控基因的表达。其中,正调控基因StSP6A和StPATATIN表达显著上调,而负调控基因StMADS和StBRC1A/B表达显著下调。双荧光素酶报告实验(Dual-luciferase reporter assay,DLR)和电泳迁移率变动实验(Electrophoretic mobility shift assay,EMSA)结果表明,StRAP2.7a/b可以直接与StSP6A的启动子结合,并激活其表达。综上所述,研究鉴定到两个结薯正调控基因StRAP2.7a/b,通过提高植株叶片的光合作用能力,增加匍匐茎中IAA和tZ累积,转录激活StSP6A的表达,促进匍匐茎和块茎的形成。