桃β-淀粉酶基因家族的全基因組鑒定與表達(dá)分析

淀粉是一類重要的多糖聚合物，為植物光合作用固定碳的主要產(chǎn)物。淀粉可通過一系列酶促反應(yīng)分解為葡萄糖和麥芽糖，為植物生長發(fā)育和逆境脅迫響應(yīng)提供能量。淀粉分解涉及多個過程，包括磷酸化、去磷酸化和水解，參與此過程的酶包括葡聚糖水合激酶（glucanwaterdikinase，GWD）、磷酸葡聚糖水合激酶（phosphoglucanwaterdikinase，PWD）、磷酸葡聚糖磷酸酶（phosphoglucan phosphatase，SEX）、 α 淀粉酶（ α -amyl-ase，AMY）和β-淀粉酶（ β amylase，BAM）[1]

在高等植物中，β-淀粉酶編碼基因BAM屬一個多基因家族，但并非所有成員都具有催化活性。擬南芥的9個BAM成員中，AtBAMl、At-BAM2、AtBAM3、AtBAM5、AtBAM6具有催化活性，其中AtBAM1、AtBAM2、AtBAM3和AtBAM6定位于葉綠體內(nèi)，而AtBAM5定位于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)[2]。AtBAM1和AtBAM3表達(dá)具有細(xì)胞特異性；其中， AtBAM3 主要負(fù)責(zé)葉肉細(xì)胞淀粉降解，其表達(dá)下調(diào)會導(dǎo)致淀粉過量積累[3]。At-BAM1在保衛(wèi)細(xì)胞內(nèi)高表達(dá)，負(fù)責(zé)淀粉的快速降解，為氣孔運動調(diào)節(jié)提供蘋果酸和蔗糖等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)[2]。AtBAM1和AtBAM3還參與滲透脅迫與低溫脅迫應(yīng)答過程[4-5]。AtBAM5可能參與韌皮部篩管質(zhì)體中淀粉的降解。AtBAM2和At-BAM6在淀粉降解中的功能尚不清楚。At-BAM4、AtBAM7、AtBAM8、AtBAM9被認(rèn)為不具有催化活性，其中AtBAM7和AtBAM8含有BRASSINAZOLE-RESISTANT1（BZR1）型的DNA結(jié)合域，作為轉(zhuǎn)錄因子定位于細(xì)胞核，可通過與油菜素內(nèi)酯信號通路的相互作用，影響莖的生長和發(fā)育過程[2]。因此，BAM基因家族成員的功能較為多樣。

隨著更多物種全基因組數(shù)據(jù)的發(fā)布，人們對BAM基因家族的認(rèn)識日益豐富。目前，已在水稻（Oryza sativa）[6]、木薯（Manihot esculen-ta）[7]、葡萄（Vitis vinifera）[8]、枳（Poncirus tri-foliata）[9]、棗（Ziziphus jujuba）[10]、香蕉（Musaacuminata）[1]、獼猴桃（Actinidia arguta）[12]]梨（Pyrus bretschneideri）[13]、蘋果（Malus dom-estica）[14]、陸地棉（Gossypium hirsutum）[15]、番茄（Solanum lycopersicum）[16]以及石榴（Punicagranatum）[17]等物種中完成了BAM基因家族成員的鑒定，并發(fā)現(xiàn)其中部分成員參與果實成熟、低溫、干旱以及鹽脅迫應(yīng)答。然而，有關(guān)桃BAM基因家族的研究未見報道。

桃（Prunus persica）屬于薔薇科（Rasaceae）李屬（Prunus），原產(chǎn)于中國西部。自1993年起，中國已成為世界上最大的桃栽培及生產(chǎn)國。截至2022年，桃栽培面積約占全球的 56.1% ，達(dá)到86.5萬 hm² ；總產(chǎn)量約占全世界的 63.8% 。桃是僅次于蘋果、梨的中國第三大落葉果樹[18]。盡管桃的代謝通路研究已取得諸多進(jìn)展，但淀粉代謝方面的研究報道相對較少。因此，本研究在全基因組水平上對桃BAM基因家族成員進(jìn)行了鑒定，采用生物信息學(xué)方法對 P_PBAM 家族成員的理化性質(zhì)、系統(tǒng)進(jìn)化關(guān)系、基因結(jié)構(gòu)、保守基序、共線性關(guān)系、順勢作用元件和表達(dá)模式等方面進(jìn)行了全面分析，旨在為桃淀粉代謝通路研究提供了新的視角，增進(jìn)人們對BAM基因家族在桃淀粉代謝中作用的理解，并為桃的遺傳改良和分子育種提供理論基礎(chǔ)。

1材料與方法

1.1桃BAM基因家族鑒定與分析

桃（P.persica，v2.O.al）、梨（P.bretschnei-deri，Vl2lolo）、梅（Prunusmume，vl.O）、杏（Prunusarmeniaca，vl.O）甜櫻桃（Prunusavi-um，vl.O.al）和月季（Rosa chinensis，OldBlushIlluminagenomevl.O）的基因組數(shù)據(jù)均來源于薔薇科物種基因組數(shù)據(jù)庫（https：//www.rosaceae.org/）。石榴（P.granatum，ASM765513v2）的基因組數(shù)據(jù)采自NCBI數(shù)據(jù)庫（https：//www.nc-bi.nlm.nih.gov）。擬南芥和水稻BAM基因家族成員分別從TAIR（https：//www.arabidopsis.org）和RGAP（http：//rice.uga.edu）數(shù)據(jù)庫獲得。利用AtBAM和OsBAM基因家族成員的蛋白序列作為查詢信息，在桃基因組蛋白序列中通過BLASTP篩選 P?BAM 基因家族候選成員（ E -value ?1×10^-5 ）。此外，利用InterPro數(shù)據(jù)庫（https：//www.ebi.ac.uk/interpro/）提供的β -淀粉酶保守結(jié)構(gòu)域Glyco_hydro_14（PF01373）的種子文件，通過HMMTR3.1軟件在桃基因組蛋白序列中檢索 候選成員（ E -value ? 1×10^-5） 。兩次篩選結(jié)果合并后，通過SMART數(shù)據(jù)庫（http：//smart.embl-heidelberg.de/）對保守結(jié)構(gòu)域進(jìn)行確認(rèn)，排除不含Glyco_hydro_14結(jié)構(gòu)域的成員以及冗余序列，最終在桃基因組中鑒定到9個 P?BAM 基因家族成員。利用在線工具ExPASy（http：//www.expasy.org/tools/）分析 P?BAM 基因家族成員的氨基酸數(shù)目、蛋白質(zhì)分子質(zhì)量以及理論等電點。使用在線工具BUSCA（http：//busca.biocomp.unibo.it/）進(jìn)行亞細(xì)胞定位預(yù)測。

1. 2 系統(tǒng)進(jìn)化樹構(gòu)建

將來自桃（9個）、擬南芥（9個）、水稻（10個）、梨（17個）、梅（9個）、杏（8個）、甜櫻桃（9個）、黑樹莓（7個）、月季（13個）和石榴（8個）共計99個BAM基因家族成員的蛋白序列進(jìn)行合并。使用MEGAX.1.6軟件進(jìn)行多重序列比對，并采用鄰接法（neighbor-joining）構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹，其中Bootstrap取10oo次重復(fù)。

1.3基因結(jié)構(gòu)和保守基序分析

分別提取桃、擬南芥、水稻、梨、梅、杏、甜櫻桃、黑樹莓、月季和石榴的BAM基因家族成員的基因注釋信息，對其進(jìn)行外顯子數(shù)量和長度信息統(tǒng)計分析。利用在線工具M(jìn)EME（https：//meme-suite.org/meme/tools/meme）分析99個BAM基因家族成員蛋白序列中的保守基序，設(shè)定檢索15個Motif。使用TBtools-Ⅱ軟件中Genestructureview（Advanced）功能展示BAM基因家族成員的進(jìn)化關(guān)系、基因結(jié)構(gòu)以及保守Motif信息[19]

1.4共線性關(guān)系分析

采用MCScanX軟件對桃基因組內(nèi)的基因復(fù)制事件進(jìn)行分析，并利用TBtools-Ⅱ軟件的Ad-vancedCircos功能展示 P?BAM 基因家族成員染色體上的定位及其共線性關(guān)系[19]。為進(jìn)一步明確桃與擬南芥、梨、梅、杏、甜櫻桃、石榴之間的共線性關(guān)系，使用 TBtools-Ⅱ軟件的 One stepMCScanX-SuperFast插件，并采用默認(rèn)設(shè)置參數(shù)進(jìn)行分析。共線性分析結(jié)果使用TBtools-Ⅱ軟件的Dual systenyplot功能進(jìn)行可視化[19]。使用TBtools-I軟件的 Find path by gene pairs功能分析桃 PpBAMamp; 與梨 PbrBAM3 、梅 PmBAMθ 、杏 PaBAM5 以及石榴 PgBAM4 直系同源基因在不同物種間的共線性關(guān)系[19]。

1.5桃 PpBAM 基因順式作用元件分析

提取 P_PBAM 基因家族成員的起始密碼子（ATG）上游2000bp的DNA序列，并利用在線工具PlantCARE（https：//bioinformatics.psb.ugent.be/webtools/plantcare/html/）進(jìn)行啟動子區(qū)順式作用元件的預(yù)測分析。按照光響應(yīng)元件、植物激素響應(yīng)元件以及逆境脅迫響應(yīng)元件進(jìn)行分類整理后，使用TBtools-Ⅱ軟件的Heatmap功能進(jìn)行可視化展示[19]。

1.6桃 PpBAM 基因表達(dá)模式分析

桃的根系、幼葉、成熟葉片、花、外果皮和中果皮的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)來源于NGDC數(shù)據(jù)庫（https：//ngdc.cncb.ac.cn），項目編號：PRJCA014172[20]。桃托杯、子房壁、種子的表達(dá)譜數(shù)據(jù)則下載自ROFT 數(shù)據(jù)庫（http：//www.rosaceaefruits.com/）[21]。耐冷品種‘DongheNo.1'及冷敏感品種 ^?21^st Century’的桃枝條在低溫脅迫下的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)來自NCBI數(shù)據(jù)庫（https：//www.ncbi.nlm.nih.gov/），項目編號：PRJNA924510[22]轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)處理采用TBtools-I的系列分析插件工具，包括FastQC和Trimmomatic進(jìn)行數(shù)據(jù)質(zhì)控、接頭及低質(zhì)量序列的去除，Hisat2用于基因組索引構(gòu)建和轉(zhuǎn)錄本映射，以及StringTieQuan-tify用于完成表達(dá)量計算。提取 P_PBAM 基因家族表達(dá)數(shù)據(jù)后，通過 TBtools-Ⅱ軟件的 Heatmap功能進(jìn)行可視化展示[19]。

1.7試驗材料處理與 PpBAM 表達(dá)量測定

試驗所用的桃品種‘春雪’定植于河南省商丘市夏邑縣郭店鎮(zhèn)王劉莊生態(tài)果園。砧木為毛桃，采用沙質(zhì)土壤進(jìn)行露地栽培，株行距為3m×5m ，兩主枝自然開心形，樹齡 8a 。隨機剪取樹干外圍中部長勢相近、粗度一致的1a生休眠枝條30條，分為常溫對照和低溫處理組。低溫處理組枝條在 低溫冷藏柜中保持 12h 。樣品收集后迅速置于液氮中。使用植物RNA提取試劑盒Vl.6（Biofit，China）提取總RNA，并利用 gDNA 去除與cDNA合成試劑盒（Vazyme，China）合成第一鏈cDNA。依據(jù)一步法qRT-PCR試劑盒（Vazyme，China）操作說明，在ABI7300儀器上進(jìn)行qRT-PCR試驗。選用桃PpTEF2 作為內(nèi)參基因， 2^-ΔΔCT 法計算基因的相對表達(dá)量[23]。本研究使用的引物序列見表1。

1.8PpBAM8及其直系同源基因蛋白序列比對、相似度分析及三維結(jié)構(gòu)預(yù)測

使用在線工具ClustalOmega（https：//www.ebi.ac.uk/jdispatcher/msa/clustalo）進(jìn)行PpBAM8及其直系同源基因的蛋白序列多重比對和相似度分析。序列比對結(jié)果通過在線工具ESPript 3.O（https：//espript. ibcp. fr/ESPript/cgi-bin/ESPript.cgi）展示。使用Swiss-Model對PpBAM8及其直系同源基因進(jìn)行三維結(jié)構(gòu)預(yù)測。

2 結(jié)果與分析

2.1桃BAM基因家族鑒定與理化性質(zhì)分析

通過BLASTP比對和HMM篩選，并在SMART數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行Glyco_hydro_14蛋白結(jié)構(gòu)域鑒定以及去除冗余成員后，在桃基因組中共鑒定到9個BAM基因家族成員。根據(jù)染色體位置順序，將 P?BAM 成員命名為 PpBAM1～Pp BAM9（表2）。 PpBAM 編碼的氨基酸數(shù)目為523～702 ，平均分子質(zhì)量為 。除 Pp

BAM6、 PpBAMamp; 和 外，其他成員均呈酸性。亞細(xì)胞定位預(yù)測結(jié)果提示 PpBAM3 和PpBAM7 可能定位于細(xì)胞核，而 PpBAMI?Pp?

BAM2、PpBAM5、PpBAM6、PpBAM8和 Pp 均定位于葉綠體內(nèi)。

2.2 BAM基因家族成員系統(tǒng)進(jìn)化分析

為了明確BAM基因家族成員的進(jìn)化關(guān)系，將桃、擬南芥、水稻、梨、梅、杏、甜櫻桃、黑樹莓、月季和石榴的BAM基因家族成員的蛋白序列合并，并構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹（圖1）。99個BAM成員被劃分為4組，其中第I組包含14個成員，均呈酸性。第Ⅱ組成員數(shù)量最多，有36個成員，其中72.2% 定位于葉綠體；第Ⅱ組成員進(jìn)一步分為3個亞組（I-A、I-B、Ⅱ-C），81. 8% 的Ⅱ-A的成員呈堿性，而12個Ⅱ-B的成員均呈酸性。第Ⅲ組和第V組分別含有23和26個成員，均可分為兩個亞組；除PbrBAM4b外，II-A的成員均呈堿性；ⅢI-B中僅RoBAM2呈堿性，其余13個成員均為酸性；第V組成員普遍呈酸性， 94.1% 的Ⅳ-B的成員定位于細(xì)胞核。在桃基因組中， PpBAM 成員在各組和亞組中均有分布，并具有與同一組或亞組成員相似的理化性質(zhì)及亞細(xì)胞定位。與擬南芥、水稻和石榴相比，桃PpBAM的各成員與杏、梅、甜櫻桃、黑樹莓、梨、月季等薔薇科物種的BAM基因家族成員在進(jìn)化上具有更近的親緣關(guān)系（圖1）。

2.3BAM基因家族基因結(jié)構(gòu)與保守基序分析

利用桃等9個物種基因組注釋文件，分析99個BAM基因家族成員基因結(jié)構(gòu)。結(jié)果顯示，不同組或亞組間外顯子數(shù)量及排列分布上存在明顯差異（圖2）。第1組的成員含有 6～8 個外顯子，其中4個外顯子長度非常保守，分別為389/401、164、263、206/209bp;第Ⅱ組的 91.2% 成員含有4個外顯子，且第2至第4個外顯子長度保守，分別為210、110/116、791/800/803/806bp;II-A亞組的成員含有 6～10 個外顯子，而Ⅱ-B亞組的78.6% 成員僅含有3個外顯子，長度保守，分別為224/227?482?878/881/884bp ；第V組成員平均含有9.23個外顯子，其中有3個外顯子長度高度保守，分別為194、164、260bp。與進(jìn)化親緣關(guān)系分析結(jié)果一致（圖1），桃 P?BAM 各成員具有與處于同一組或亞組的薔薇科各物種BAM成員更相似的基因結(jié)構(gòu)。

與各組或亞組間BAM成員基因結(jié)構(gòu)存在明顯差異不同，保守基序分析顯示不同組成員間motif分布排列高度保守（圖2）。大部分成員含有14個排列順序一致的motif（motif11、motif15、motif2、motif6、motif12、motif4、motif7、motif3、motif9、motif5、motif14、motif1、motif10、motif8），表明BAM成員在進(jìn)化過程中相對保守。V-B亞組的成員還具有motif13，這可能與其成員包含BZR1/BES1結(jié)構(gòu)域及細(xì)胞核定位功能 相關(guān)。

2.4桃BAM基因家族成員的共線性分析

通過基因組注釋信息，發(fā)現(xiàn) P_PBAM 基因非均勻地分布在桃1至5號染色體上（圖3）。利用MCScanX研究桃BAM基因家族成員共線性關(guān)系，結(jié)果表明桃基因組中缺少BAM基因家族復(fù)制事件（圖3）。為進(jìn)一步闡明BAM基因在不同物種間的進(jìn)化關(guān)系，分析了桃與擬南芥、梨、梅、杏、甜櫻桃、石榴之間的共線同源關(guān)系（圖4）。分析結(jié)果顯示，桃 與擬南芥有7對共線基因，與梨有11對、梅7對、杏5對、甜櫻桃6對，甚至與千屈菜科的石榴還具有2對共線基因。除第V組的 PpBAM4 和 PpBAM7 外，其他 P?BAM 成員與其他物種具有 4～7 對共線基因，這表明它們與其直系同源基因在進(jìn)化中高度保守，可能具有相似的分子功能。

2.5桃BAM家族基因上游啟動子區(qū)順式作用元件分析

基因上游啟動子區(qū)順式作用元件決定了基因表達(dá)的起始與終止。通過分析 P?BAM 成員啟動子區(qū)上游200ObpDNA序列，共鑒定到27種類別的366個潛在的順式作用元件（圖5）。這些元件可被劃分為3類：光響應(yīng)元件、植物激素響應(yīng)元件（包括脫落酸、生長素、MeJA、乙烯、玉米素和水楊酸響應(yīng)元件）以及逆境脅迫響應(yīng)元件（包括厭氧誘導(dǎo)、低溫脅迫和干旱誘導(dǎo)響應(yīng)元件）。其中27.3% 為光響應(yīng)元件， 31.2% 為植物激素響應(yīng)元件， 41.5% 為逆境脅迫響應(yīng)元件。結(jié)果表明，桃BAM基因家族成員可能參與光、植物激素以及逆境脅迫的響應(yīng)過程。

2.6桃BAM家族基因在桃不同組織中的表達(dá)分析

通過分析已公開發(fā)表的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)[20]，研究P_PBAM 基因家族成員在桃不同器官和組織中的表達(dá)模式（圖6）。結(jié)果顯示，除 PpBAMI 、 Pp BAM2和 PpBAMamp; 顯示出組織特異性的高表達(dá)外，其余成員在這些組織中呈痕量或低水平表達(dá)。

PpBAMI 在成熟葉片、花、外果皮和中果皮中的表達(dá)水平較高； PpBAM2 則主要在根、成熟葉片、外果皮和中果皮中高表達(dá)；而 PpBAMamp; 的高度表達(dá)僅限于成熟葉片。

根據(jù)果實發(fā)育初期的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)[21]，對9個P?BAM 在桃托杯、子房壁、種子組織中的表達(dá)模式進(jìn)行分析（圖7）。結(jié)果顯示，除 PpBAMI，Pp^- BAM2和 PpBAM5 外，其他成員表達(dá)水平較低。在桃托杯發(fā)育過程中， PpBAMI 和 PpBAM2 的表達(dá)量在授粉后18d顯著降低為授粉當(dāng)天的40.1% 和 30.5% 。在子房壁發(fā)育過程中， Pp.BAM2的表達(dá)量在第12天達(dá)到高峰，為授粉當(dāng)天的2.96倍，但在第18天時表達(dá)量下降為第12天的 49.6% 。在種子發(fā)育過程中， PpBAM2 和PpBAM5 的表達(dá)量隨著發(fā)育進(jìn)程顯著增加，至第18天時分別增至授粉當(dāng)天的3.84倍和3.48倍。結(jié)果表明，部分 P?BAM 成員參與調(diào)控桃果實的發(fā)育過程。

Fig.3Chromosomal localization and syntenic relationships of PpBAM genes in peach genome

2.7 P_PBAM8 參與桃低溫脅迫應(yīng)答

通過分析桃枝條在低溫脅迫下的轉(zhuǎn)錄表達(dá)水平[22]，發(fā)現(xiàn) AtBAM3 同源基因 PpBAMamp; 顯著響應(yīng)低溫脅迫刺激（圖8-A）。在耐冷品種‘DongheNo.1'及冷敏感品種‘ 21^st Century'中， PpBAMamp; 的表達(dá)量均伴隨處理溫度的降低而顯著上調(diào)。當(dāng)處理溫度將至 時， PpBAMamp; 的表達(dá)量分別是在 -5^°C 時的9.70倍和13.75倍。與轉(zhuǎn)錄表達(dá)結(jié)果相似，在 低溫處理 ^12h 后， Pp BAM8的表達(dá)量顯著上調(diào)，為常溫對照的3.95倍（圖8-B）。此外，共線性分析顯示，PbrBAM3、PpBAMamp;.PmBAMA，PaBAMA 以及 PgBAM4 這些直系同源基因在不同物種間具有共線性關(guān)系（圖8-C）。同時，PpBAM8與其直系同源基因蛋白序列中均含有與 β -淀粉酶催化活性相關(guān)的高度保守氨基酸基序，如Glu-186、Glu-380，以及flexi-bleloop和innerloop（圖8-D）。通過蛋白序列相似性分析，發(fā)現(xiàn)PpBAM8與其直系同源基因高度相似，平均相似度約為 86.9% ，與薔薇科的梨PbrBAM3、梅PmBAM9、杏PaBAM5的平均相似性達(dá)到 95.4% （圖8-E）。相一致地，通過Swiss-Model預(yù)測的這些成員的三維結(jié)構(gòu)高度相似（圖8-F）?；谝陨戏治?，推測PpBAM8是BAM基因家族中參與桃低溫脅迫應(yīng)答的主要功能基因。

3 討論與結(jié)論

β-淀粉酶（Beta-amylase，BAM）是植物中一類重要的淀粉水解酶，在植物生長發(fā)育與非生物脅迫響應(yīng)中發(fā)揮著重要作用。隨著基因組測序技術(shù)的快速發(fā)展，已在多個陸生植物物種中進(jìn)行了BAM基因成員鑒定，證實BAM是一個多基因家族[24]。在大多數(shù)物種中鑒定到的BAM家族成員數(shù)量為 6～10 個，如在葡萄（V.uinif-era）[8]、枳 （P .trifoliata）[9]、番茄（S.lycopersi-cum）[16]、石榴（ P . granatum）[17]、棗（Z. jujuba）[1o]、擬南芥（A.thaliana）、錐栗（Castaneahenryi）[25]、水稻（O.satiua）[6]、木薯（M.esculen-ta）[7]、梅（ P .mume）、杏（ P .armeniaca）、甜櫻桃（ P .avium）、黑樹莓（ R .occidentalis）和桃（ P 一persica）等（圖1）。而近代全基因組復(fù)制事件使BAM家族成員在香蕉（ M . acuminata）[11]、梨（P.bretschneideri）[13]以及蘋果（ M . domesti-ca）[14]中的數(shù)量達(dá)到了 16～21 個。依據(jù)序列相似性和基因結(jié)構(gòu)特征，BAM基因家族成員被劃分為4個組 [2，8，11，13，17，25] （圖1）。但通過系統(tǒng)進(jìn)化分析指出，最早的陸生植物只有2個BAM基因組，且它們在陸生植物出現(xiàn)之前就已經(jīng)分化形成，其余BAM基因可能通過基因復(fù)制或全基因組加倍事件從這些祖先基因演化而來[2]。本研究在桃（ P ·persica）中鑒定到9個BAM基因家族成員（圖1），雖然均包含有Glyco_hydro_14保守結(jié)構(gòu)域，但成員間蛋白序列相似性較低 （40.4% ），且各成員在桃基因組中無共線性關(guān)系（圖3），這些結(jié)果均表明 P?BAM 基因家族擴(kuò)張可能來自于薔薇類（Rosids）植物共同經(jīng)歷的古六倍體化復(fù)制事件，這與桃未發(fā)生近代全基因組復(fù)制事件觀點一致[26]。

差異不同，系統(tǒng)進(jìn)化分析、基因結(jié)構(gòu)、保守基序的分布排列、蛋白序列理化性質(zhì)以及亞細(xì)胞定位預(yù)測結(jié)果等均表明，在同組或亞組內(nèi)不同物種間的BAM成員更為相似，它們可能具有相似的生物學(xué)功能（圖2）。這些分析結(jié)果表明不同組或亞組的BAM祖先基因的形成要早于物種分化之前[2]。

淀粉是影響果品質(zhì)量的主要成分之一，其與果實可溶性糖的含量密切相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，與

AtBAM9具有較近親緣關(guān)系的ⅢI-B亞組成員可能參與果實生長發(fā)育過程。在香蕉中， M_a BAM9b（Ma05_t07800.1）的表達(dá)量與淀粉降解和果實成熟相關(guān)；過表達(dá)MaBAM9b能夠促進(jìn)香蕉果實淀粉降解和可溶性糖積累[27]。將 Ma^.BAM9b轉(zhuǎn)化至水稻后，顯著促進(jìn)了種子萌發(fā)期間淀粉的降解，并提高了種子萌發(fā)率[27]。在獼猴桃中， AdBAMg（FG460922） 的表達(dá)量在果實發(fā)育早期達(dá)到峰值，與葡萄糖含量變化趨勢一致[28]在石榴果皮發(fā)育過程中， PgBAM8 的表達(dá)量顯著A.耐冷品種‘DongheNo.1'及冷敏感品種 21^st Century'桃枝條在 -5^°C 至 -30°C 條件下 P_PBAM 家族成員的表達(dá)模式;B.‘春雪’桃1a生枝條在 條件下 P_PBAM 家族成員的表達(dá)量，不同字母表示 Plt;0， 05 水平上具顯著性差異；C.桃 P_PBAMδ 與梨PbrBAM3、梅 、杏PaBAM5以及石榴PgBAM4在不同物種間的共線性關(guān)系分析； D～F ： PpBAMamp; 與其直系同源BAM基因的蛋白序列比對、相似性分析和三維結(jié)構(gòu)預(yù)測上調(diào)[17]。在本研究中，PpBAM2與ⅢI-B亞組成員具有相似的蛋白序列理化性質(zhì)、亞細(xì)胞定位、基因結(jié)構(gòu)和保守基序構(gòu)成（圖1和2）。轉(zhuǎn)錄組表達(dá)數(shù)據(jù)顯示， PpBAM2 在桃托杯、種子、外果皮和中果皮中高表達(dá)（圖6和圖7），表現(xiàn)出與Ⅲ-B亞組成員相似的生物學(xué)功能，但其功能尚需進(jìn)一步驗證。

低溫是常見的非生物脅迫之一，近年來頻繁出現(xiàn)的極端低溫天氣對農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了嚴(yán)重影響。研究表明，AtBAM3及其同源基因能夠參與植物的低溫脅迫應(yīng)答[4]。在擬南芥中，AtBAM3（AtBMY8）能夠被低溫脅迫特異性誘導(dǎo)，該基因的突變導(dǎo)致麥芽糖、葡萄糖、果糖和蔗糖含量降低，增加了植物對低溫脅迫的敏感性[4]。同樣，PbrBAM3通過提高可溶性糖含量和激活活性氧清除系統(tǒng)，增強了梨的冷脅迫耐受性[29]]積的 PtrBAM1 定位于葉綠體，在煙草中過表達(dá)后，可以增加BAM活性和可溶性糖積累，增強植株對低溫脅迫的抗性9。此外，獼猴桃 Aa- BAM3.1[30]、茶樹CsBAM3［31]以及石榴 Pg^. BAM4[17]均被認(rèn)為參與低溫脅迫應(yīng)答過程。在本研究中，作為 AtBAM3 、PbrBAM3和 BAM4的同源基因（圖1）， PpBAMamp; 能夠被低溫脅迫顯著誘導(dǎo)，并且與其直系同源基因在蛋白序列上高度保守，具有相似的三維結(jié)構(gòu)（圖8），表明PpBAMamp; 是桃BAM基因家族中應(yīng)對低溫脅迫的關(guān)鍵基因。

本研究在桃基因組中共鑒定到9個BAM基因家族成員，在4個組中均有分布。通過對系統(tǒng)進(jìn)化、蛋白序列理化性質(zhì)、基因結(jié)構(gòu)以及保守基序組成與分布等分析后，發(fā)現(xiàn) P?BAM 及其同源基因在同組或亞組內(nèi)具有較高的保守性。結(jié)合表達(dá)模式和同源基因的功能，推測 PpBAM2 可能參與桃果實的生長發(fā)育過程，而 PpBAMamp; 可能在桃響應(yīng)低溫脅迫中發(fā)揮作用。

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Genome-wide Identification and Expression AnalysisofBAM GeneFamilyinPeach

ZHENG Shuxuan1 ，ZHENG Jie2 and LIU Longbo2 （1.Xiayi Branch of Henan Agricultural Radio and Television School，Shangqiu Henan4764oo，China; 2.School of Life Science，Huaibei Normal University，Huaibei Anhui 253oo1，China）

Abstract Beta-amylases （BAMs，EC 3.2.1.2） are pivotal enzymes in the enzymatic degradation of starch to maltose and play roles in plant growth and development and the response to phytohormone signals as well as environmental stressors.In this study，we conducted a genome-wide identification and characterization of the BAM gene family in peach. We identified a total of nine P?BAM genes， each containing the glyco_hydro_14 domain，with an average molecular mass of approximately 65.64 ku.The majority of the identified members encoded proteins that were acidic and localized to the chloroplast.Phylogenetic analysis clasified the BAM members into four distinct groups，with members within groups or subgroups sharing a conserved gene structure，while significant diversity was observed between diferent groups. However，the composition and distribution of motifs were highly consistent among most members. Syntenic analysis indicated that，although no additional P?BAM orthologs were identified within the peach genome，several syntenic relationships were observed with BAM members from Arabidopsis，Chinese white pear，Chinese plum，apricot，sweet cherry，and pomegranate. Cis-element analysis suggested that P?BAM members may play roles in light，phytohormone，and stress signaling pathways. Gene expresson profiling in diverse tissues and organs as well as the fruit development of the peach，indicated PpBAM2 plays a potential role in the growth and maturation of peach fruit. Specifically， PpBAMamp; was significantly upregulated under cold stress. The high conservation of PpBAMamp; with orthologs across species suggested a role for PpBAMamp; in the cold stress response in peach.

Key words Peach; Beta-amylases （BAM） ;Gene family;Expression analysis;PpBAM8

Received 2024-08-13 Returned 2024-09-23

Foundation itemHuaibei Normal University Surplus Funds in 2024（No.2024ZK24，No.2024ZK25）. First author ZHENG Shuxuan，male，agronomist.Research area：physiology and molecular biology of fruit trees.E-mail：shuxuanvvv@126.com

Corresponding author LIU Longbo，male，lecturer. Research area ： physiology and molecular biology offruit trees.E-mail：Liulb@chnu.edu.cn

（責(zé)任編輯：史亞歌 Responsible editor：SHI Yage）