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山药（Dioscorea opposita Thunb.）是以块茎为主要产品器官的药食同源性植物,块茎的大小和品质直接影响山药产量和经济价值。随着人民生活水平和生活质量的日益提高,对山药的产量和品质要求也在逐年增高。淀粉是山药块茎中最主要的成分,是山药产量品质育种的重要指标之一,淀粉合成与降解影响着山药块茎的生长发育,且淀粉含量直接决定块茎的品质。因此,开展山药块茎发育及淀粉积累相关基因的挖掘,对山药品质的遗传改良具有重要意义。本研究以毕克齐山药（B1）和大和长芋山药（DHCY）为试验材料,在种植后105、120、135、150和165d进行块茎长度、周长、鲜重和干重形态指标的测定,比较了2品种块茎内淀粉含量、蔗糖含量、AGPase、SSS、ATPase活性和叶绿素含量的变化趋势。对B1块茎发育转录组测序数据进行生物信息学分析,筛选与块茎发育及淀粉积累相关的差异表达基因,并对其准确性进行q PCR验证。采用RACE技术克隆山药DoVHAb2和DoClpB3基因的cDNA全长,对这2个基因的ORF进行生物信息学分析;克隆其g DNA,分析基因结构;构建瞬时表达载体注射烟草叶片,观察基因的亚细胞定位;用RT-q PCR技术在山药块茎不同生长发育时期进行基因的表达分析,并在块茎相对表达量最高的时期进行不同器官—块茎、茎和叶中的表达模式分析,在山药生长发育期间,对块茎内淀粉相关生理指标及其基因的相对表达量进行相关性分析;构建基因的植物表达载体,采用农杆菌介导法对烟草叶片进行转化,鉴定基因的功能。主要研究结果如下:（1）B1与DHCY中淀粉和蔗糖含量的变化趋势均基本相似,淀粉含量呈先上升后下降趋势,而蔗糖含量为下降趋势;在块茎收获时,B1与DHCY中淀粉含量均占其干重的80%左右;ATPase活性与淀粉含量呈极显著负相关关系,叶绿素含量与蔗糖含量、蔗糖含量与淀粉含量均存在着极显著负相关关系;B1的块茎干重、淀粉含量、蔗糖含量、ATPase活性在块茎发育的各个时期均高于DHCY。结果表明山药中ATPase和叶绿素含量对淀粉和蔗糖含量起着调控作用,且B1在干物质及淀粉含量这方面的品质较突出。（2）对B1 15个RNA样本转录组测序并利用生物信息学方法对测序原始Reads处理后得到171 554个unigenes;17 218个unigenes通过基因GO功能成功注释:生物过程包含7 516个unigenes,细胞成分包含个5 748 unigenes,分子功能包含3 954个unigenes;通过KEGG通路分析发现,与块茎膨大有关的通路主要有代谢、植物激素信号转导、植物-病原互作、内质网和内吞作用通路;对5个生长发育时期的转录组测序分析,筛选到147个共表达DEGs,即为山药生长发育的关键DEGs;且初步推断编码V-ATPase的基因Unigene0030095和叶绿体中的基因Unigene0036091对山药的生长发育具有较重要的作用。q PCR验证表明,山药块茎中的q PCR结果与转录组数据结果吻合度达到85%,说明山药生长发育时期的DEGs数据具有很高的可靠性和准确性。（3）从B1中克隆了DoVHAb2的cDNA全长,注册Gen Bank登录号为MK858181。该基因cDNA全长1 926 bp,完整的ORF为1 467 bp,编码488个氨基酸,5’非编码区长84 bp,3’非编码区长298 bp。在进化上与棕榈的亲缘关系相对较近。DoVHAb2基因有14个外显子,15个内含子。该蛋白定位于细胞质。2品种山药中的DoVHAb2基因表达量均在块茎中表达量最高,在叶片中表达量最低;DoVHAb2基因的相对表达量与块茎内ATPase活性和淀粉含量均呈正相关关系。66666666666（4）DoVHAb2转入到烟草基因组DNA中,转化率达92.3%,且在转录水平也有表达;转基因烟草中的淀粉含量、蔗糖含量、AGPase、SSS和ATPase活性均显著高于野生型烟草;在盐胁迫下,转DoVHAb2基因烟草的叶片分化能力显著高于野生型烟草。受到盐和干旱胁迫时,转基因烟草中的DoVHAb2基因表达量显著高于未受到胁迫植株,结果表明当植物受到胁迫时,可使DoVHAb2基因上调表达,转DoVHAb2基因烟草的耐盐性和抗旱性增强。（5）从B1中克隆了DoClpB3的cDNA全长,注册Gen Bank登录号为MN636784。该基因cDNA全长2 583bp,ORF为2 055bp,共编码684个氨基酸,5’非编码区长99bp,3’非编码区长428bp。在进化上与海枣的亲缘关系相对较近。DoClpB3基因有9个外显子,8个内含子。该蛋白定位于叶绿体。2品种山药中DoClpB3的表达量均在块茎中最高,叶片中最低。DoClpB3基因的相对表达量与山药块茎内的淀粉含量呈极显著负相关的关系;与蔗糖含量和叶绿素含量均呈极显著正相关。表明DoClpB3基因能够促进叶绿素和蔗糖的合成。（6）将DoClpB3转入到烟草基因组DNA中,转化率达91.7%,并在转录水平也有表达;转DoClpB3基因烟草叶片的上表皮、下表皮、栅栏组织均厚于野生型烟草,叶片总厚度较野生型烟草增加了42.2%。转DoClpB3基因烟草叶绿体的体积大于野生型烟草,其中淀粉粒的数量和大小也高于野生型烟草,嗜锇粒的数量则较野生型烟草少。而且转DoClpB3基因烟草叶片中的叶绿素含量和淀粉含量均显著高于野生型烟草。结果表明:过表达DoClpB3能够影响植株叶片结构和叶绿体的大小及结构。