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本研究聚焦于银柴（Potentilla anserina）根中淀粉代谢基因家族，揭示其在干旱和低温胁迫下的响应机制，为植物淀粉代谢调控及抗逆性研究提供新见解。
银柴（Potentilla anserina）是一种在青藏高原具有重要药用和食用价值的植物，其根富含淀粉。然而，气候变化导致的干旱和低温对银柴根的淀粉代谢和产量产生显著影响。为深入探究银柴根中淀粉代谢的分子机制及其对环境胁迫的响应，湖南医药学院的研究人员开展了全基因组水平的淀粉代谢基因家族鉴定及表达模式研究，相关成果发表于《BMC Plant Biology》。
淀粉作为植物能量储存的重要物质，在生长发育和逆境响应中发挥关键作用。银柴根中的淀粉不仅是当地居民的重要食物来源，还具有药用价值。然而，目前对于银柴根中淀粉代谢基因家族的系统研究相对匮乏，尤其是其在干旱和低温胁迫下的响应机制尚不清楚。为填补这一空白，研究人员采用转录组学和代谢组学相结合的方法，对银柴根中的淀粉合成与降解相关基因进行全面鉴定和功能分析。
研究中，研究人员首先通过全基因组分析，鉴定出银柴根中7个α-淀粉酶（AMYs）和18个β-淀粉酶（BAMs）基因家族成员，并对其进行了分子系统发育分析。结果表明，这些基因在银柴根中呈现出不同的表达模式，且在干旱和低温处理下表现出显著的上调或下调表达。例如，在干旱胁迫下，2个AMYs和4个BAMs基因上调表达，而3个BAMs基因下调表达；在低温胁迫下，1个BAM基因上调，2个AMYs和4个BAMs基因下调表达。此外，研究人员还发现，干旱处理下银柴根中麦芽糖和葡萄糖-6-磷酸（G6P）含量降低，而葡萄糖-1-磷酸（G1P）含量增加，表明淀粉降解途径在干旱胁迫下被激活以提供能量。通过qPCR验证，进一步确认了AMYs和BAMs基因在干旱和低温胁迫下的响应特征。
研究人员还对AMY和BAM基因家族在蔷薇科植物中的进化进行了分析，发现这些基因家族在不同物种间存在显著的保守性和多样性。例如，AMYs基因被分为3个亚类，而BAMs基因被分为4个亚类，且在不同物种中存在不同程度的基因复制和丢失事件。这种进化模式可能与植物适应不同生态环境有关。
在技术方法方面，研究人员综合利用了转录组学、代谢组学和分子系统发育分析等技术手段。通过对银柴根在干旱和低温胁迫下的转录组和代谢组数据进行联合分析，揭示了淀粉代谢相关基因的表达变化与代谢物积累之间的关系。此外，通过qPCR技术对关键基因的表达模式进行了验证，确保了研究结果的可靠性。
综上所述，本研究不仅系统鉴定了银柴根中淀粉代谢基因家族，还揭示了其在干旱和低温胁迫下的响应机制，为深入理解植物淀粉代谢调控提供了新的视角。此外，通过对AMY和BAM基因家族的进化分析，为植物适应环境胁迫的分子机制研究提供了重要参考。这些发现不仅有助于提高银柴根的抗逆性，还为其他淀粉代谢相关植物的研究提供了借鉴。
