北京林大/广西林科院揭示大百合鳞茎在发育过程中淀粉和糖的相互转化机制

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近日，广西壮族自治区林业科学研究院赵志珩团队和北京林业大学卢存福教授团队在TOP期刊Industrial Crops & Products上发表了题为The starch-sugar interconversion mechanism during bulb development of Cardiocrinum giganteum (Wall.) Makino revealed by transcriptome and metabolite analysis的研究论文，通过转录组学和广泛靶向代谢组学揭示了大百合鳞茎在发育过程中淀粉和糖的相互转化机制。

大百合隶属于百合科大百合属，为多年生草本球茎植物，因其心形叶和鳞茎硕大显著区别于普通百合而得名。大百合主要分布于中国秦岭至西南省份的亚热带山区，其鳞茎中富含丰富的淀粉，作为一种经济上重要的食用野生观赏植物正受到越来越多的关注。近年来，大百合淀粉已在中国各地广泛投入商业化生产和消费。鳞茎的形成和发育与淀粉和蔗糖代谢密切相关。淀粉和蔗糖代谢途径是一个复杂的生化过程，依赖于多种酶的协同作用。为了确定最高淀粉含量鳞茎的最佳收获时间，同时探究发育过程中淀粉和糖生物合成途径的相互转化机制，对转录组和代谢组进行了综合分析，确定了鳞茎发育的关键阶段以及参与淀粉生物合成和淀粉-糖代谢的关键基因。为开发大百合鳞茎作为重要的食用资源奠定了基础。

结果表明，在鳞茎发育第4年淀粉含量显着增加，同时AGPase、GBSS、GBE、ISA、SSS和G6PT的高表达，表明此阶段是收获鳞茎的最佳阶段。蔗糖代谢相关基因HK、PGI、FrK、SUT、SPS、SuS和 bglB在鳞茎发育的过程中活跃表达。随着发育过程的进行，蔗糖水解抑制基因INVINH下调表达，与蔗糖水解基因INV共同调节蔗糖代谢过程。与此同时，5个糖代谢物D-葡萄糖、D-(+)-蔗糖、D-(+)-海藻糖和海藻糖-6-磷酸含量在2-3年增加，在3-4年维持在平台期，最后在4-5年显著升高，表明糖代谢物为淀粉合成提供了连续的蔗糖供应，维持了鳞茎发育早期糖类物质的动态平衡。后期，淀粉积累减慢，鳞茎开始储存糖分，进入生殖生长阶段。

广西壮族自治区林业科学研究院赵志珩和北京林业大学博士生李荣琛为文章的共同第一作者。广西壮族自治区林业科学研究院陈崇征、北京林业大学陈玉珍副教授和北京林业大学卢存福教授为共同通讯作者。本研究获得林业知识产权转化与应用课题，经济林重点实验室项目和国家自然科学基金资助。

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0926669022008019