芋淀粉分支酶（SBE）基因的鉴定、生物信息学及表达分析.pdf

淀粉分支酶（starch branching enzyme,SBE）在支链淀粉生物合成中发挥关键作用，直接影响淀粉的含量和结构。芋（Colocasia esculenta）是一种主要的块茎类作物，在世界上热带和亚热带地区广泛栽培。目前，SBE 在芋中的研究很少，对 SBE 基因在芋中的数量、分子结构特征和表达模式还不清楚。本研究首次对芋 SBE 基因进行了全面分析，鉴定了 3 个 SBE 基因（CeSBE1、CeSBE2 和 CeSBE3）。CeSBE1、CeSBE2 和 CeSBE3 蛋白氨基酸数量分别为 828、845和 598，分子质量分别为 92 956.71、95 625.13、69 169.16 Da，等电点分别为 5.22、5.41 和 7.36。系统进化分析显示 3个 CeSBE 蛋白分别在 3 个不同的亚群。基因结构分析显示，CeSBE1、CeSBE2 和 CeSBE3 外显子数量分别为 16、22、10；保守结构域分析表明，CeSBE1 和 CeSBE2 均具有 alpha-amylase_C 和 alpha-amylase 结构域及 7 个 motif，而 CeSBE3具有 alpha-amylase 和 CBM_48 结构域及 3 个 motif。CeSBE 基因启动子区域顺式作用元件分析表明，共预测到 55 个顺式作用元件，其中 29 个具有功能注释，涉及光响应、激素响应、植物生长发育及环境压力等相关元件。在不同组织中，3 个 CeSBE 基因均能在所有组织中表达，其中 CeSBE2 在球茎和叶片显著表达（P0.05）；在球茎不同发育阶段中，CeSBE2 在所有的发育阶段均有较高的表达量，呈现先升高后降低的表达趋势，在球茎发育 120 d 的表达量达到峰值。球茎不同发育阶段总淀粉和支链淀粉含量增加与 CeSBE2 表达量趋势一致，说明 CeSBE2 可能是芋支链淀粉生物合成的关键基因。本研究结果可为芋的产量、品质和营养性状的遗传改良提供基础。关键词：芋；淀粉分支酶；生物信息学分析；表达分析 中图分类号：S632.3 文献标识码：A Identification,Bioinformatics and Expression Analysis of Taro Starch Branching Enzyme Genes DONG Weiqing1,LIU Lili2,JIANG Huiping1,QIU Zuyang2,HE Fanglian1*1.Biotechnology Research Institute,Guangxi Academy of Agricultural Sciences,Nanning,Guangxi 530007,China;2.Lipu Bureau of Agriculture and Rural Affairs,Lipu,Guangxi 546600,China Abstract:Starch branching enzyme(SBE)play a key role in amylopectin biosynthesis and directly influence the content and structure of starch.Taro is a major tuber crop,widely cultivated in tropical and subtropical regions of the world.At present,there are few studies on SBE in taro,and the number,molecular structural characteristics and expression pat-terns of SBE genes in taro are not clear.In this study,a comprehensive analysis of taro SBE genes was conducted for the first time,and three SBE genes(CeSBE1,CeSBE2 and CeSBE3)were identified.The amino acid numbers of CeSBE1,CeSBE2 and CeSBE3 proteins was 828,845 and 598,respectively,with molecular mass of 92 956.71 Da,95 625.13 Da and 69 169.16 Da,and isoelectric point of 5.22,5.41 and 7.36,respectively.Phylogenetic analysis showed that the three CeSBE proteins were divided into three different subgroups.Gene structure analysis showed that the number of CeSBE1,CeSBE2 and CeSBE3 exons was 16,22 and 10,respectively.Conservative structural domain analysis showed that both CeSBE1 and CeSBE2 proteins had-amylase_C and-amylase structural domains and 7 motifs,while CeSBE3 protein 1374 热带作物学报 第 44 卷 had-amylase and CBM_48 structural domains and 3 motifs.Analysis of cis-acting elements in the promoter region of CeSBE gene showed that a total of 55 cis-acting elements were predicted,29 of which were functionally annotated,in-volving elements related to light response,hormone response,plant growth and development,and environmental stress.The three CeSBE genes were expressed in all tissues,with CeSBE2 being significantly expressed in corms and leaves(P0.05).At different developmental stages of the corm,CeSBE2 had high expression at all developmental stages,showing a trend of increasing and then decreasing expression,with peak expression at 120 d of corm development.The increase in total starch and amylopectin content at different developmental stages of the corm was consistent with the trend of CeSBE2 expression,suggesting that CeSBE2 may be a key gene for amylopectin biosynthesis in taro.The study would enhance the understanding of CeSBE gene family members and provide the basis for genetic improvement of yield,quality and nutritional traits in taro.Keywords:taro;starch branching enzyme;bioinformatics analysis;expression analysis DOI:10.3969/j.issn.1000-2561.2023.07.007 淀粉是高等植物主要的储存多糖，由直链淀粉和支链淀粉构成，是人们日常饮食中碳水化合物的主要来源1-2。淀粉通常存在于谷类作物和块茎类作物中，如水稻（Oryza sativa）、小麦（Triticum aestivum）、玉米（Zea mays）、马铃薯（Solanum tuberosum）、木薯（Manihot esculenta）和芋（Colocasia esculenta）等3-8。支链淀粉是淀粉的主要组分，占总淀粉的 75%85%9。支链淀粉生物合成涉及的酶有淀粉合成酶（starch syn-thase,SS）、淀粉分支酶（starch branching enzyme,SBE）和淀粉脱分支酶（starch debranching enzyme,DBE）10，其中 SBE 在淀粉含量、结构以及物理特性方面起着关键作用1,11。SBE 属于-淀粉酶家族，具有-淀粉酶催化结构域（A 结构域）、氨基 N-末端和羧基 C-末端结构域，主要分类为 3种类型（SBE1、SBE2 和 SBE3），其中 SBE1 和SBE2 的功能研究得较为清楚11。SBE1 将直链淀粉浓缩成长的葡聚糖链，SBE2 主要利用短葡聚糖链为底物合成支链淀粉，而 SBE3 的功能仍然不明确12。许多 SBE 基因表达和功能研究揭示了其在支链淀粉生物合成和植物生长发育中的作用。例如，板栗（Castanea mollissima）SBE 基因在果实发育过程中表达量显著增加，与支链淀粉的合成和果实发育密切相关13；在缺乏 SBEIIa 的玉米（Z.mays）中，叶片淀粉的分支急剧减少，叶片表 现 出 严 重 的 类 似 衰 老 的 表 型14；在 水 稻（O.sativa）中，通过抑制 SBEI 和 SBEIIb 基因的表达，降低了支链淀粉含量，将直链淀粉含量从25%提高到约 60%，但同时由于淀粉结构的改变，抑制了水稻幼苗的生长9,15；在木薯（M.escu-lenta）中，通过抑制 SBE1 和 SBE2 的表达，降低了支链淀粉含量，增加了直链淀粉和抗性淀粉的含量16-17。芋是一种主要的块茎类作物，在热带和亚热带地区广泛栽培18。淀粉是芋球茎的主要碳水化合物，占干物质含量的 70%80%19，而支链淀粉又是总淀粉的主要组成部分8,20。芋支链淀粉的生物合成和积累对芋球茎的产量、品质以及营养价值具有重要的意义。因此，有必要在全基因组范围内鉴定与支链淀粉生物合成有关的关键候选基因，以促进芋产量的提高和品质改良。本研究从芋基因组中鉴定了 3 个 SBE 基因，对其分子特征、系统发育关系、保守结构、基因结构、顺式作用元件和时空表达模式进行分析，为芋的产量、品质和营养性状的遗传改良提供基础。1 材料与方法 1.1 材料 供试芋材料为芋新品种荔浦芋 1 号，该品种为魁芋类型（槟榔芋），以母芋为主要食用器官，具有产量高、品质优和耐储藏等特点。选择播种90 d 的叶片、叶柄、球茎和根用于 CeSBE 基因的空间表达分析；选择播种 30 d（S1）、60 d（S2）、90 d（S3）、120 d（S4）、150 d（S5）、180 d（S6）、210 d（S7）、240 d（S8）的球茎用于 CeSBE 基因的时序性表达分析。所有样品均设置 3 次生物学重复，液氮速冻后于80 冰箱保存备用。1.2 方法 1.2.1 CeSBE 蛋白的鉴定和系统发育分析 分别从 TAIR 数据库（http:/www.arabidopsis.org）和 RGAP 数据库（http:/rice.plantbiology.msu.edu）下载拟南芥和水稻的 SBE 家族蛋白序列，使用HMMER 3.0 软件以拟南芥和水稻 SBE 家族蛋白第 7 期 董伟清等：芋淀粉分支酶（SBE）基因的鉴定、生物信息学及表达分析 1375 序列为模板构建隐马尔可夫模型。通过建立的模型搜寻芋参考基因组（Niue2,https:/gb.org/search/project/PRJNA328799/）的所有蛋白序列，找出潜在的 CeSBE 蛋白。此外，使用 BLASTp软件（版本：2.10.1）将拟南芥和水稻 SBE 蛋白序列与芋所有的蛋白序列进行比对，E-value 设为1E-20。将上述获得的 CeSBE 蛋白序列进行合并去冗余，去冗余后的蛋白序列作为候选的 CeSBE家族蛋白序列。使用 NCBI 保守结构域数据库（CDD）（https:/www.ncbi.nlm.nih.gov/Structure/cdd/wrpsb.cgi）和 Pfam 数据库（https:/pfam.xfam.org/）进一步验证候选 CeSBE 蛋白序列的保守结构域。使用 mafft 软件（版本：v7.427）对来自芋（C.esculenta）、拟南芥（Arabidopsis thaliana）、水稻（O.sativa）、马铃薯（S.tuberosum）、玉米（Z.mays）、小麦（T.aestivum）、番茄（Solanum lycopersicum）和葡萄（Vitis vinifera）的 SBE 蛋白进行多序列比对，然后利用 MEGA 7 软件的邻接法构建系统发育树（Bootstrap 值为 1000）。1.2.2 CeSBE 蛋白特性和基因结构分析 使用ExPASy-ProtParam 软 件（http:/web.expasy.org/protparam/）预测 CeSBE 蛋白的理化性质；使用MEME 5.4.1 软件（https:/meme-suite.org/meme/tools/meme）预测 CeSBE 蛋白的保守 motif，然后使用 InterProScan 数据库（http:/www.ebi.ac.uk/interpro/）对预测的 motif 进行功能注释；使用NCBI 数据库（https:/www.ncbi.nlm.nih.gov/）和Pfam 数据库（http:/pfam.xfam.org/）预测 CeSBE蛋 白 的 保 守 结 构 域；使 用 GSDS 2.0 软 件（http:/gsds.gao-lab.org/）预测 CeSBE 基因的结构 特 征；使 用PlantCARE数 据 库（http:/bioinformatics.psb.ugent.be/webtools/plantcare/html/）对 CeSBE 基因上游 2 kb 序列预测启动子区域的顺式作用元件。1.2.3 CeSBE基因的转录组分析 对CeSBE基因在不同组织、球茎不同发育阶段的转录表达情况进行分析。课题组前期对芋发育 90 d 的叶片、叶柄、球茎和根开展了转录组测序，从转录组数据中提取 CeSBE 基因的 FPKM 值，分析 CeSBE 基因在不同组织的表达差异；同时，在前期研究中，课题组还对球茎发育 30、60、90、120、150、240 d的球茎组织开展了转录组研究8，从球茎发育的转录组数据中提取 CeSBE 基因的 FPKM 值，分析CeSBE 基因在球茎不同发育阶段的表达差异。利用 CeSBE 基因的 FPKM 值，在百迈克云平台（https:/ CeSBE 基因在不同组织和球茎不同发育阶段的聚类热图。1.2.4 CeSBE 基因的荧光定量 RT-PCR 分析 使用植物多糖多酚总 RNA 提取试剂盒天根生化科技（北京）有限公司，DP441提取所有样品的总RNA，使用 TIANScriptcDNA 第一链合成试剂盒天根生化科技（北京）有限公司，KR107将提取的总 RNA 反转录成 cDNA 第一链。以不同组织和球茎不同发育阶段的 cDNA 为模板，使用AnalytikJena qTOWERE2.2 荧光定量 PCR 仪进行荧光定量 RT-PCR 试验。根据芋 CeSBE 基因序列信息，利用 Primer 5.0 软件设计荧光定量 RT-PCR引物（表 1），以芋 Actin 基因为内参基因21。使用 2ChamQUniversal SYBR qPCR Master Mix 试剂盒（南京诺唯赞生物科技有限公司，Q711-02）进行荧光定量 RT-PCR 试验。反应体系为：SYBR Green Master Mix 10 L，上下游引物（10 mol/L）各0.4 L，模板cDNA 1.0 L，双蒸水补足20.0 L。荧光定量 RT-PCR 反应程序如下：95 预变性3 min，每循环 95 15 s，57 15 s，72 20 s，45 个循环，每个样品 3 次重复。采用 2-CT法计算基因的相对表达量22。表 1 CeSBE 基因的荧光定量 RT-PCR 引物 Tab.1 Fluorescent quantitative RT-PCR primers for CeSBE gene 引物名称 Primer name 引物序列（53）Primer sequence(53)CeSBE1 F:GCATTAGGAGGCGAAGGCTAT R:CCACTGACGGCGACACTTAT CeSBE2 F:CGGAAGCACGCACCTTATGA R:GCTGGACAGGCTGAAGTAACA CeSBE3 F:ACACCATTCGGTCACCATTCC R:CTGCCTTGCTCACCTCTTCC Actin F:TCTGGCACCACACCTTCTAC R:GACACACCGTCACCAGAGTC 2 结果与分析 2.1 CeSBE 蛋白的鉴定和系统发育分析 在芋基因组（Niu2）中共鉴定到 3 个 SBE 基因，分别命名为 CeSBE1（Taro_034516）、CeSBE2（Taro_009230）和 CeSBE3（Taro_053106）。CeSBE1、CeSBE2 和 CeSBE3 蛋白氨基酸数量分别为 828、845、598，分子质量分别为 92 956.71 1376 热带作物学报 第 44 卷 Da、95 625.13 Da、69 169.16 Da，等电点分别为5.22、5.41 和 7.36。CeSBE 蛋白在氨基酸数量、分子质量和等电点的差异可能反映其在各种生物过程中的功能差异。为了研究芋 CeSBE 蛋白的进化关系，将 27个 SBE 蛋白进行系统进化分析，包括 3 个芋CeSBE、2 个拟南芥 AtSBE、3 个水稻 OsSBE、3个马铃薯 StSBE、3 个玉米 ZmSBE、7 个小麦TaSBE、3 个番茄 SlSBE 和 3 个葡萄 VvSBE。系统进化分析显示（图 1），27 个 SBE 蛋白被分为3 个群组（Group I、Group II 和 Group III）。Group I 包含 10 个 SBE 蛋白，包括芋 CeSBE1、水稻OsSBE1、马铃薯 StSBE1、玉米 ZmSBE1、小麦TaSBE1.1/1.2/1.3/1.4、番 茄SlSBE1和 葡 萄VvSBE1；Group II 包含 11 个 SBE 蛋白，包括芋CeSBE2、水稻 OsSBE2、拟南芥 AtSBE2.1/2.2、马 铃 薯StSBE2、玉 米ZmSBE2、小 麦TaSBE2.1/2.2/2.3、番茄 SlSBE2 和 1 个葡萄VvSBE2；Group III 包含 6 个 SBE 蛋白，包括芋CeSBE3、水稻 OsSBE3、马铃薯 StSBE3、玉米ZmSBE3、番茄 SlSBE3 和葡萄 VvSBE3。AtSBE2.1:NP_181180;AtSBE2.2:NP_195985;OsSBE1:NP_001389884;OsSBE2:XP_015627503;OsSBE3:XP_015644348;StSBE1:NP_001275183;StSBE2:NP_001275467;StSBE3:XP_015163667;ZeSBE1:NP_001105370;ZmSBE2:XP_008669466;ZmSBE3:NP_001108121;TaSBE1.1:AAG27621;TaSBE1.2:AAB61925;TaSBE1.3:AAD30186;TaSBE1.4:AAG27622;TaSBE2.1:CCD41775;TaSBE2.2:AAK26822;TaSBE2.3:AAW80631;SlSBE1:XP_019069273;SlSBE2:XP_004246561;SlSBE3:XP_004244099;VvSBE1:XP_002284841;VvSBE2:XP_010654050;VvSBE3:XP_003634715.图 1 SBE 蛋白的系统进化分析 Fig.1 Phylogenetic analysis of SBE proteins 在芋 3 个 CeSBE 中，CeSBE1、CeSBE2 和CeSBE3 分别归属于 Group I、Group II 和 Group III（图 1）。在 Group I 中，CeSBE1 与番茄 SlSBE、马铃薯 StSBE 和葡萄 VvSBE 形成的分支聚在一起；在 Group II 中，CeSBE2 处 于 拟 南 芥AtSBE2.1/2.2、马铃薯 StSBE2、番茄 SlSBE2 和葡萄 VvSBE2 形成分支的根部；在 Group III 中，CeSBE3 与水稻 OsSBE3 和 ZmSBE3 形成的分支聚在一起。2.2 芋 CeSBE 基因结构和保守 motif 分析 外显子-内含子结构特征分析进一步支持了CeSBE 基因的进化特征（图 2A）。CeSBE1、CeSBE2和 CeSBE3 外显子数量分别为 16、22、10，说明3 个 CeSBE 基因在进化和功能上发生了差异。为了进一步探究 CeSBE 蛋白结构多样性和预测其功能，使用 MEME 5.4.1 软件在 3 个 CeSBE 蛋白中鉴定了 7 个保守的 motif，并在 InterPro 数据库中进行了注释，所有 motif 均注释为 1,4-葡聚糖分 支 酶（1,4-alpha-glucan-branching enzyme,IPR037439）（图 2B、表 2）。CeSBE1 和 CeSBE2均包含所有的 7 个 motif，而 CeSBE3 只有 3 个motif（motif1、motif2、motif3）（图 2B）。使用NCBI 数据库和 Pfam 数据库对芋 CeSBE 的保守结构域进行预测，结果显示 CeSBE1 包含 alpha-amylase_C 和 alpha-amylase 结构域，CeSBE2 包含 alpha-amylase_C、alpha-amylase 和 CBM_48 结构域，CeSBE3 包含 alpha-amylase 和 CBM_48 结构域（表 3）。3 个 CeSBE 在外显子数量、保守motif 和保守结构域的差异，可能反映了 3 个CeSBE 之间不同的进化历史和功能差异。2.3 芋 CeSBE 基因启动子区域顺式作用元件分析 提取 3 个芋 CeSBE 基因 CDS 上游 2 kb 序列，使用 PlantCARE 数据库预测该区域的顺式作用元件，共预测到 55 个顺式作用元件，其中 29 个具有功能注释。将具有功能注释的顺式作用元件分为 6 类，包括响应光、激素的元件以及与环境压力、结合位点、生长发育和启动子相关的元件（表4）。响应光的顺式作用元件有 10 个，其中 G-box是 3 个 CeSBE 基因共有的，其他如 Box 4、GT1-motif、GATA-motif 等在其中的 1 个或 2 个基因出现。响应激素的顺式作用元件有 7 个，其中 AuxRR-core 和 TGA-element 为生长素响应元件，TGACG-motif 和 CGTCA-motif 为茉莉酸甲酯 第 7 期 董伟清等：芋淀粉分支酶（SBE）基因的鉴定、生物信息学及表达分析 1377 A：基因结构分析；B：保守 motif 分析。A:Gene structure analyses;B:Conserved motif analyses.图 2 芋 CeSBE 基因结构和保守 motif 分析 Fig.2 Gene structure and conserved motif analyses of taro CeSBE genes 表 2 芋 CeSBE 蛋白保守 motif 及功能注释 Tab.2 Conserved amino acid motifs and functional annotation of taro CeSBE proteins 名称 Name E 值 E-value 氨基酸个数 Number of amino acid residues motif 序列 Motif sequence 注释 Annotation motif 1 2.20E-36 50 HKLWDSRLFNYGNWEVLRFLLSNLRWWLEEYKFDGFRFDGVTSMJYTHHG 1,4-alpha-glucan-branching enzyme(IPR037439)motif 2 2.30E-33 50 MEHSYYASFGYHVTNFFAVSSRFGTPEDLKNLIDKAHGLGLLVLMDIVHS 1,4-alpha-glucan-branching enzyme(IPR037439)motif 3 2.10E-17 50 WDPPPEEKYKFKHPRPPKPKALRIYEAHIGMSGSEPKISSYRDFADDVLP 1,4-alpha-glucan-branching enzyme(IPR037439)motif 4 3.10E-16 50 QWGMGEIVWSLTNRRWLEKCIAYAESHDQAJVGDKTIAFWLMDKEMYDGM 1,4-alpha-glucan-branching enzyme(IPR037439)motif 5 4.00E-08 50 MLVNDLIHGJFPEAVVIGEDVSGMPTFCRPVEEGGVGFDHRLAMAIPDKW 1,4-alpha-glucan-branching enzyme(IPR037439)motif 6 9.50E-08 30 IDRGIALHKMIRFITMGLGGEGYLNFMGNE 1,4-alpha-glucan-branching enzyme(IPR037439)motif 7 4.40E-06 50 MIVFEREDLVFVFNFHWENSYEGHKVGCDKPGKYKVVLDSDDKEFGGFGR 1,4-alpha-glucan-branching enzyme(IPR037439)表 3 芋 CeSBE 蛋白的保守结构域分析 Tab.3 Conserved domains analysis of taro CeSBE proteins 蛋白名称 Protein name 登录号 Accession No.结构域 Structural domain 功能描述 Function description 位置 Position E 值 E-value CeSBE1 cl33494 PLN02447 super family1,4-alpha-glucan-branching enzyme 70786 0.0E+00 PF02806 alpha-amylase_C alpha amylase,C-terminal all-beta domain 668764 2.9E-23 PF00128 alpha-amylase alpha amylase,catalytic domain 211315 7.4E-11CeSBE2 PLN02447 PLN02447 1,4-alpha-glucan-branching enzyme 110845 0.0E+00 PF02806 alpha-amylase_C alpha amylase,C-terminal all-beta domain 748842 1.3E-23 PF02922 CBM_48 carbohydrate-binding module 48(Isoamylase N-terminal domain)210294 4.5E-18 PF00128 alpha-amylase alpha amylase,catalytic domain 357537 1.7E-12CeSBE3 cl33608 PLN02960 super familyalpha-amylase 22598 0.0E+00 PF00128 alpha-amylase alpha amylase,catalytic domain 440557 3.6E-10 PF02922 CBM_48 carbohydrate-binding module 48(Isoamylase N-terminal domain)140230 5.6E-08（MeJA）响应元件，ABRE 为脱落酸（ABA）响应元件，P-box 为赤霉素（GA）响应元件，TCA-element 为水杨酸响应元件。其他类型顺式作用元件如与分生组织表达有关的顺式调节元件 1378 热带作物学报 第 44 卷 表 4 芋 CeSBE 基因启动子区域顺式作用元件分析 Tab.4 Analysis of cis-acting elements in promoter region of taro CeSBE genes 顺式作用元件类型 CeSBE1 CeSBE2 CeSBE3 光响应元件 Box 4,G-box,GATA-motif,GT1-motif,I-box,TCT-motifG-Box,G-box,GATA-motif,GATT-motif,chs-CMA1a AT1-motif,Box 4,G-box,TCT-motif 激素响应元件 CGTCA-motif,TCA-element,TGA-element,TGACG-motifABRE,AuxRR-core,CGTCA-motif,P-box,TGACG-motif CGTCA-motif,TCA-element,TGACG-motif 结合位点相关元件 CCAAT-box,HD-Zip 3 AT-rich element,CCAAT-box生长发育相关元件 RY-element CAT-box,MSA-like 启动子相关元件 CAAT-box,TATA-box CAAT-box,TATA-box CAAT-box,TATA-box 环境压力相关元件 AAGAA-motif,MBS GC-motif AAGAA-motif,AT-rich se-quence,GC-motif,MBS CAT-box，参与干旱诱导的 MYB 响应元件 MBS，转录起始位点上游 30 bp 附近的核心启动子元件 TATA-box 等。说明芋 CeSBE 基因可以响应各种环境变化并协调芋的生长发育，但 3 个 CeSBE基因在不同类型的响应元件中存在差异。2.4 芋 CeSBE 基因表达模式分析 为了研究 CeSBE 基因在芋生长发育中的功能，根据课题组前期对芋球茎淀粉的积累规律，对植株发育 90 d 的不同组织（叶片、叶柄、球茎和根）和球茎不同发育阶段的样品进行了转录组测序，从转录组数据中提取 3 个 CeSBE 基因的FPKM 值，对 CeSBE 基因在不同组织和球茎不同发育阶段的表达模式进行了分析（图 3）。在不同组织中，CeSBE2 在球茎的表达量最高，FPKM值为 203.27，其次为叶片和叶柄，FPKM 值分别为 108.72 和 46.48，根的表达量最低，FPKM 值仅为 3.95；CeSBE1 在叶片的表达量较高，FPKM值为 17.86，在球茎、叶柄和根的表达量较低，A：CeSBE 基因在根、叶片、叶柄和球茎的表达模式；B：CeSBE 基因在球茎不同发育阶段的表达模式。A:Expression patterns of CeSBEs in roots,leaves,petioles and corms;B:Expression patterns of CeSBEs at different developmental stages of the corm.图 3 CeSBE 基因在不同组织和不同发育阶段的表达情况 Fig.3 Expression of CeSBEs in various tissues and at various developmental stages FPKM 值均小于 10；CeSBE3 在所有的组织的表达量均较低，FPKM 值均小于 5（图 3A）。在球茎不同发育阶段中，CeSBE2 在所有发育阶段均有较高的表达量，其中表达量最高的为 S4，FPKM值为 128.71；CeSBE1 在球茎发育前期（S1S3）的表达量相对略高，FPKM 值大于 9，发育后期（S4S8）表达量较低，FPKM 值小于 8；CeSBE3的表达量在所有发育阶段均较低（FPKM 值小于4）（图 3B）。CeSBE2 在球茎中表达量最高，且在球茎的所有发育阶段均表现持续的高表达，说明其可能在芋球茎发育和淀粉积累中起关键作用。2.5 芋 CeSBE 基因的 qRT-PCR 分析 转录组测序结果显示，3 个 CesBE 基因在芋不同组织和球茎不同发育阶段表现出不同表达模式，尤其是 CeSBE2 在球茎中的表达量最高，且在球茎不同发育阶段持续高表达（图 3）。因此，本研究使用荧光定量 RT-PCR 进一步验证转录组数据的准确性（图 4）。3 个 CeSBE 基因在不同组织中显示出不同水平的组织特异性表达。CeSBE2 在球茎和叶片显著高表达（P0.05），CeSBE1 与 CeSBE2 类似，在球茎和叶片显著表达（P0.05），但整体表达量较低，CeSBE3 在所有的组织中表达量均较低。在球茎不同发育阶段中，以叶片的表达量为对照，CeSBE2 在球茎发育的所有阶段均有较高的表达量，表达量呈现先升高后降低的趋势；CeSBE3 与 CeSBE2 类似，在所有发育阶段的表达量均高于叶片，但整体表达量均较低；CeSBE1 在球茎的 S3S5阶段的表达量略高于其他发育阶段，但整体表达量均较低。荧光定量 RT-PCR 与转录组测序分析保持一致的结果。第 7 期 董伟清等：芋淀粉分支酶（SBE）基因的鉴定、生物信息学及表达分析 1379 不同小写字母表示差异显著（P0.05）。Different