河南省农科院中药材所杨铁钢团队：怀山药根茎形态建成研究取得重要进展
怀山药根茎形态建成研究取得进展，为高产优质栽培和分子育种提供理论依据。
河南省农业科学院中药材研究所杨铁钢团队在怀山药根茎形态建成研究方面取得重要进展。研究筛选出 ARF11、ERF1、ERF5-like 等与根茎发育高度相关的枢纽转录因子，这些基因可作为分子育种的候选靶标。该研究首次从多组学层面系统阐明种植密度通过"光合效率→碳素分配→激素信号网络"调控怀山药根茎形态的级联机制，为优化栽培密度、改善根茎整齐度及提升产量和品质提供了分子靶点与实践指导。
近日，我院中药材所杨铁钢团队在国际学术期刊《Frontiers in Plant Science》（中科院二区Top期刊，IF=5.9）发表了题为《Integrated multi-omics analysis reveals the molecular mechanism of tuber morphogenesis under different planting densities in yam (Dioscorea opposita Thunb.)》的研究论文。该研究系统解析了不同种植密度下怀山药根茎形态发育的分子调控网络，明确了关键调控通路及候选基因，为怀山药的高产优质栽培和分子育种提供了重要理论依据。
怀山药（Dioscorea opposita Thunb.）是我国重要的药食同源作物，其根茎兼具食用与药用价值。作为主要储存器官，根茎富含淀粉、糖类及皂苷、黄酮、酚酸等多种生物活性成分，其长度和粗度是决定品质与产量的关键指标。根茎形态建成受内在遗传因素与外界环境条件的共同调控，其中种植密度作为重要环境信号，可通过调节植株光合效率影响根茎发育进程。然而，种植密度如何从生理和分子层面影响怀山药根茎形态建成，此前尚缺乏系统研究。
本研究采用形态学、生理学、转录组学、代谢组学结合WGCNA网络分析的时序多组学整合策略，精准锁定播种后110天为不同密度处理下根茎粗细分化的关键时间节点，并首次构建了“光合效能提升—碳源优先分配—激素信号协同调控”的三层级作用模型，系统揭示了种植密度调控根茎细胞膨大的分子机制。在此基础上，研究进一步筛选出ARF11、ERF1、ERF5-like等与根茎发育高度相关的枢纽转录因子，这些基因可作为分子育种的候选靶标。该研究首次从多组学层面系统阐明种植密度通过“光合效率→碳素分配→激素信号网络”调控怀山药根茎形态的级联机制，不仅为薯蓣科植物贮藏器官发育研究提供了新视角，也为优化栽培密度、改善根茎整齐度及提升产量和品质提供了分子靶点与实践指导。
图1 不同种植密度下怀山药根茎发育的表型差异
图2 怀山药根茎发育转录组的WGCNA分析
我院中药材研究所道地化研究室王鹏博士为论文第一作者，杨铁钢研究员为论文通讯作者。本研究得到了院优秀青年基金项目（2026YQ18）、河南省农业科学院博士科研启动基金（2026BX115）、国家中药材产业技术体系（CARS-21）、河南中药材产业技术体系（HARS-22-11-G3）、院自主创新项目（2026ZC161）等项目的资助。
原文链接：https://www.frontiersin.org/journals/plant-science/articles/10.3389/fpls.2026.1932431/full