百合 LoLBD18 参与调控鳞茎发育过程中淀粉累积的 分子机制

百合作为世界范围内极具经济价值的观赏、食用及药用兼用型球根花卉，其鳞茎的发育质量与营养物质积累水平直接决定了种球商品价值、繁殖效率以及后期开花品质。淀粉作为百合鳞茎中最主要的贮藏物质，其合成、转运与累积过程是鳞茎膨大和品质形成的核心生理环节。LBD转录因子家族作为植物特有的一类转录调控因子，在植物侧生器官发育、营养物质代谢、细胞分化等多个生物学过程中发挥关键调控作用，但目前关于LBD基因在百合鳞茎发育及淀粉代谢调控中的功能与分子机制研究仍较为匮乏。本研究以东方百合主栽品种‘索邦’为试验材料，基于前期转录组测序获得的差异表达基因LoLBD18，系统开展基因克隆、生物信息学分析、时空表达模式检测、亚细胞定位、转基因功能验证以及分子互作调控机制等研究，旨在明确LoLBD18在百合鳞茎发育及淀粉累积过程中的生物学功能，解析其调控淀粉合成与积累的分子通路。研究结果表明，LoLBD18属于LBD家族ClassI类转录因子，具有典型的LOB保守结构域，定位于细胞核中，且在鳞茎快速膨大与淀粉高速累积阶段呈现显著上调表达模式。过表达LoLBD18能够显著促进百合鳞茎的膨大生长，提高鳞茎鲜重、干物质含量以及总淀粉、直链淀粉和支链淀粉的积累量；而基因沉默植株则表现出鳞茎生长迟缓、体积减小、淀粉含量显著下降等表型。进一步分子机制研究证实，LoLBD18可以通过直接结合淀粉合成关键酶基因如AGPase、GBSS、SSS、SBE等启动子区域的LBD特异性结合元件，激活下游靶基因的转录表达，同时还能够与LoNAC1、LoMYB28等转录因子发生蛋白互作，形成协同调控模块，共同强化淀粉合成通路的运转效率。本研究系统阐明了LoLBD18调控百合鳞茎淀粉累积的分子机制，不仅丰富了百合鳞茎发育的转录调控理论，也为百合优质种球的分子育种、遗传改良以及高效栽培调控提供了重要的基因资源和理论支撑。