林业科学

作者：王江飞,李慧,朱成磊,狄小琳,李英,王清楠,宛慧茹,孙化雨,高志民*

单位：国际竹藤中心竹藤资源基因科学与基因产业化研究所　国家林业和草原局/北京市共建竹藤科学与技术重点实验室　国家以竹代塑创新研究院　北京 100102

关键词：毛竹,β-淀粉酶,PeBAM3')">PeBAM3,转基因水稻,淀粉分解

基金：国际竹藤中心基本科研业务费专项资助（1632023006）；国家重点研发计划项目（2021YFD2200502）。

目的: β-淀粉酶（BAM）是淀粉分解过程的关键酶之一，为明确BAM基因在毛竹叶片淀粉分解中的功能，对毛竹PeBAM3基因的功能及其调控机制进行研究，为揭示该基因在毛竹速生过程中的作用提供参考依据。方法: 以毛竹为材料，采用蒽酮比色法测定叶片中淀粉含量日变化；利用水稻OsBAM5为诱饵在毛竹基因组中BLAST比对，筛选获得其同源基因PeBAM3，克隆其编码区和启动子序列，并利用生物信息学软件进行系统分析；基于转录组数据分析该基因在毛竹不同组织、不同高度笋和一天内不同时间点笋中的表达模式；使用BambooNET公共数据库构建该基因的共表达网络，筛选转录因子（TF），用实时荧光定量PCR（qPCR）技术检测其表达量的日变化；借助双荧光素酶报告试验（DLR）验证TF与PeBAM3的调控关系；通过异源表达PeBAM3的水稻研究其功能。结果: 毛竹叶片中淀粉含量在白天结束时达到最大值，在夜间逐渐下降。通过筛选获得毛竹BAM基因PeBAM3，该基因编码区序列长1635 bp，编码544个氨基酸，具有完整的BAM保守结构域；PeBAM3的蛋白质分子量为59.50 kDa，等电点为6.48，平均疏水性为–0.270，蛋白质不稳定指数44.85，脂肪指数为74.19。PeBAM3启动子区域（1 771 bp）中含有多种与光照、逆境胁迫和激素相关的调控元件。进化聚类分析表明，PeBAM3与OsBAM5亲缘关系较为密切，推测其可能在淀粉分解中发挥重要作用。转录组表达谱分析显示，PeBAM3在毛竹叶片和笋芽中相对表达量较高；随着笋高度增加，PeBAM3的表达水平持续上升；叶片中PeBAM3的表达量响应光周期变化，在夜间逐渐升高，在白天又逐渐降低。共表达网络分析发现，AP2/ERF（APETALA2/ethylene-responsive factor）类转录因子基因PeERF1与PeBAM3呈现共表达。qPCR结果显示，其在叶片中的表达量均是在夜间逐渐升高，在白天又逐渐降低，与淀粉含量变化趋势相反。DLR结果表明，PeERF1能够促进PeBAM3的表达。与野生型相比，过表达PeBAM3水稻转基因植株矮化，地上部分生长活力降低，叶片中的BAM活性显著提高，淀粉含量显著降低，葡萄糖、果糖和蔗糖含量显著增加。结论: 毛竹叶片淀粉含量呈现日变化规律，白天上升夜间下降；PeBAM3的表达量与淀粉含量变化趋势相反，转录因子PeERF1能够促进PeBAM3的表达；过表达PeBAM3促进水稻叶片淀粉的分解。研究结果不仅对于深入解析BAM在毛竹淀粉代谢中的作用提供了重要参考依据，而且对于竹子分子育种提供了潜在的基因资源。

来源：2025年第8期

《林业科学》期刊编辑部

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