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分子生物学技术在薯蓣属植物中的应用研究进展

花匠小妙招
2025-01-10 10:50

薯蓣属Dioscorea L. 为缠绕性藤本植物，多生长于热带和亚热带地区，部分温带地区也有分布[1] 。据不完全统计，我国现有薯蓣属植物约49 种，可以划分为根状茎组、基生翅组、周生翅组、顶生翅组、丁字形毛组和复叶组。薯蓣属植物具有良好的药用价值，可用于治疗风湿痹病、关节肿胀、疼痛麻木、跌扑损伤、咳嗽气喘、脾虚食少、久泻不止、肺虚喘咳、肾虚遗精等疾病[2-3] ，日益增多的市场需求量导致大部分野生薯蓣属药用植物资源锐减，如我国穿龙薯蓣D. nipponica Makino 在20 世纪80 年代蕴藏量非常大，由于受环境因素和人为因素影响，其药材穿山龙的储量从1980 年的300 000 t 骤降到2011 年的2 000 t ，但相对社会需求和应用范围都在不断扩大，从而造成了产量供不应求的局面[4] 。同时，由于薯蓣属植物种类较多，经常发生使用混乱的现象，不仅出现了近缘品种的替代，甚至存在混伪问题，如薯蓣属其他植物根茎的性状特征与薯蓣D. opposita Thunb. 比较接近，因此参薯D. alataL. 、山薯D. fordii Prain & Burkill. 等同属植物的根茎经常被用作山药的混伪品进行销售[5] ，造成中药材市场的产品质量参差不齐，严重影响了临床用药的安全性和有效性。此外，目前薯蓣属的研究大多集中在薯蓣、穿龙薯蓣、盾叶薯蓣D. zingiberensis C. H. Wright. 和黄独D. bulbifera L. 等常用植物上，部分同属其它植物的应用尚不明确，一定程度上限制了该属植物的充分开发和利用。因此，分子生物学技术的应用不仅可以有效地解决薯蓣属植物品种及混伪品的鉴别问题，还可促进薯蓣属植物的优良品种选育，提高其生产和应用价值。

近年已有学者通过分子生物学技术对薯蓣属植物的遗传多样性、种质资源以及功能基因等方面开展了大量科学研究，但仍缺乏对该属相关研究进展的系统总结。鉴于此，本文对近年来分子生物学技术在薯蓣属植物中的应用进展进行综述，包括薯蓣属植物的遗传多样性、种质资源、分子鉴定、系统进化、物种起源和功能基因多组学方面，以期为薯蓣属植物的深度开发与可持续利用提供参考。

1 物种遗传多样性及种质资源分析

1.1 遗传多样性及亲缘关系分析

遗传多样性分析对薯蓣属植物的物种进化、资源开发以及品种保护等方面具有重要意义。近年来，众多学者利用简单重复序列（simple sequence repeat ，SSR ）、分子标记技术（inter-simple sequence repeat ，ISSR ）、扩增的限制性内切酶片段长度多态性（amplified fragment length polymorphism ，AFLP ）和特异引物PCR 标记随机扩增多态性DNA （random amplified polymorphic DNA ，RAPD ）等分子标记方法，对薯蓣属植物不同物种的遗传多样性进行了多方位、深层次的研究。通过分子标记的遗传多样性统计发现[6-7] ，薯蓣属植物的多态性率（percentage of polymorphic loci ，PPL ）较高，多态性位点丰富，特别是对山药、盾叶薯蓣、参薯的遗传多样性研究较为深入。Darkwa 等[8] 以单核苷酸多态性技术（single nucleotide polymorphism ，SNP ）为分子标记，对自几内亚山药D. rotundata Poir. 进行遗传多样性分析，联合形态性状分析，以表型和分子信息全面评估了173 份样品的遗传多样性，为其育种和定量遗传变异研究提供了实验基础。

目前，分子标记技术被更多用于薯蓣属植物种间的亲缘关系研究，如蔡锦玲等[9] 采用RAPD 分子标记技术深入分析了7 个淮山种质资源的遗传多样性，并通过聚类分析揭示了其品种间的亲缘关系。研究结果表明，分子水平的遗传关系与传统形态学分类结果一致。同时，该研究联合种质资源进行评价分析，揭示了亲缘关系与其产量间存在一定的相关性。此外，郭文等[10] 的SSR 分子标记研究指出，我国的山药与盾叶薯蓣亲缘关系较近，与野生黄独存在显著的遗传差异。目前已有大量薯蓣属植物遗传多样性的研究报道，可为后续该属植物亲缘关系的分析提供理论参考，相关信息见表1 。

1.2 种质资源分析

优良的种质是薯蓣属植物资源研究和开发利用的重要保证。在薯蓣属植物种内水平上的多态性研究中，辛佳佳等[15] 对同一种质山药的遗传多样性进行SSR 分析，11 对引物共扩增出113 个条带，其中PPL 为82.3% 。亦有学者采用分子标记技术深入分析了不同种质山药的遗传多样性，其多态性均达到75% 以上[16-17] 。这些研究揭示了山药种质资源在分子水平上具有丰富的多态性，且多态性的高低与种源地具有一定相关性。在种质资源的遗传变异研究中，分子标记技术为研究薯蓣属植物的分子育种和资源保护提供了重要的参考，如Amponsah 等[18] 通过SNP 技术和分子方差分析（analysis of molecular variance ，AMOVA ）揭示了乌干达山药D. rotundata Poir. 的遗传变异特征，该物种居群内遗传变异率远高于居群间遗传变异率，证明其大多数遗传变异存在于种群内部。除山药以外，孙小芹等[19] 基于RAPD 分子标记对叉蕊薯蓣D. collettii Hook. f. 和粉背薯蓣D. collettii var. hypoglauca (Palib.) C. Pei & C. T. Ting 的遗传多样性展开研究，发现二者的种群内部遗传变异达到76.9% ，远高于种群间，该结果符合“薯蓣属植物种内遗传变异大于种间遗传变异”的普遍性规律。同时，赵容等[20] 采用SRAP 和SSR 技术分析了不同地区穿龙薯蓣的遗传分化水平，结果显示辽宁省新宾县平顶山镇与北京市的穿龙薯蓣遗传差异最大，地理距离较远；黑龙江省尚志市与黑龙江省牡丹江市的穿龙薯蓣遗传相似性最大，地理距离也较近，表明遗传相似性和地理距离可能存在一定关系。曾昭清等[21] 揭示了褐苞薯蓣D. persimilis Prain & Burkill. 的遗传分化水平，发现广西省钦州市和广西省贺州市样品的遗传相似度最低，遗传距离最大。湖南省永州市与广东省韶关市的样品遗传相似度最大，遗传距离最小，且聚类分析结果将相近的居群分别聚在一起，同样提示样品的遗传相似度与地理距离有关。上述研究证明，不同居群间的地理距离是影响种质资源遗传变异的主要原因之一，种质资源分布的地理距离越小，基因交流越丰富，进而会影响种质资源的遗传变异分化。此外，王葡萄等[22] 通过SRAP 和SSR 分析将12 份不同产地的山药栽培品种划分为3 类，表明栽培品种间存在一定的遗传分化，且材料间的遗传分化与其地域分布也有一定的相关性。邻近产地的山药栽培品遗传相似度较高，如瑞昌市南阳乡产山药与瑞昌市洪下乡产山药的遗传相似系数高达0.964 ，这可能与相邻乡镇间的频繁交叉引种有关。因此，人为因素亦是薯蓣属植物种质资源遗传分化程度高低的重要原因之一，即人为跨区域引种越频繁，薯蓣属植物的遗传相似系数越高，进而影响到种质资源的遗传分化。

2 物种及混伪品的分子鉴定研究

2.1 物种的分子鉴定研究

我国薯蓣属植物种类丰富，且分布区域广泛，传统方法对不同薯蓣属物种的鉴别难度较大，因此需要建立准确、快速、稳定的分子鉴定技术方法。

2.2 薯蓣属品种和混伪品的分子鉴别研究

研究表明薯蓣属植物生长发育容易受到环境的影响，即同一物种在不同生长环境下，会发生不同程度的形态特征变化和化学成分差异，从而形成一系列的地方品种，并且大多品种遗传背景复杂，导致传统方法达不到有效鉴定的目的。因此，对于薯蓣属植物需要建立一种准确、可靠的品种鉴定和系统分类方法。研究人员发现，采用多位点分子标记和新型分子标记引物，可以显著提高薯蓣属植物品种鉴别的效率。Diouf 等[27] 从18 个SSR 随机标记中筛选得到17 个有效标记，能快速有效区分山药的不同品种和倍性。Agre 等[28] 对6 个山药品种进行分析，从374 个基因型中筛选出在物种间具有高度多态性的50 个SNP 标记，能够高效区分不同来源的品种。此外，研究者通过分子标记技术建立了薯蓣属植物的指纹图谱数据库，为其指纹图谱的构建提供了重要的数据支持，也为其品种鉴别提供了新的选择，如郭文等[29] 利用AFLP 分子标记对4 种薯蓣属植物的多个品种构建了指纹图谱数据库，其中小花盾叶薯蓣D. sinoparviflora C. T. Ting. M. G. Gilbert & Turland. 、盾叶薯蓣、黄独以及山药的种内多态率分别为84.06% 、99.08% 、72.87% 和98.79% ，表明薯蓣属植物种内均存在较大差异。

近年来，DNA 条形码为薯蓣属植物的品种鉴别提供了科学参考，其中主要涉及atpI-rsp2 、psbC-trnS 、ITS1 、ITS2 、trnQ-rps16 、psbM-trnD 等序列。张静珍等[30] 对不同品种山药的atpI-rsp2 和psbC-trnS 序列进行对比分析，发现atpI-rsp2 和psbC-trnS 序列可通过自身碱基差异有效区分不同的品种。同时，吴志刚[31] 的研究表明ITS1 序列和ITS2 序列亦有鉴定山药品种的功能。此外，有报道通过DNA 条形码序列建立品种鉴定体系，不仅有助于目标品种的有效鉴定，亦有利于系统进化的深入研究。程月琴等[32] 通过比较怀山药与其他品种在叶绿体DNA 的trnQ-rps16 和psbM-trnD 片段上的差异，利用这些序列建立了一种准确、快速、便捷的品种鉴别方法。彭斌[33] 基于铁棍山药中ISAP 和ISSR 标记的特异性谱带，开发出其道地产区特异性鉴定体系，在准确鉴别的基础上还可筛选出道地产区的铁棍山药品种。此外，赵琳娜等[34] 指出rpoC1 序列在山药中显示出很高的扩增效率和测序成功率，可对该物种及其混伪品进行有效鉴别；高彗新[35] 利用ISSR 分子标记建立了褐苞薯蓣及其混伪品的鉴别方法，并证明psbA-trnH 序列可以作为其与易混淆品种鉴别的DNA 条形码候选序列。

3 物种起源与系统进化研究

3.1 物种起源研究

由于长期自然选择与人工驯化，薯蓣属植物衍生了多个亚种或变种，利用传统方法对其起源及进化分析所能获得的信息较少，具有一定的局限性。因此，基于分子生物学技术研究薯蓣属植物的物种起源成为一个新的途径。Sonibare等[36]在研究杜氏薯蓣D. dumetorum (Kunth) Pax.遗传多样性和地理分布的过程中，发现AMVOA分析中的国家间方差成分仅占3%，且尼日利亚和多哥聚为一组，其他国家则散布于这2个群体之间。同时，这些国家中尼日利亚和多哥的遗传多样性最高，表明尼日利亚和多哥是杜氏薯蓣的起源地和遗传多样性中心。此外，因大量的基因流动、生物传播和人类活动对其他国家引入的杜氏薯蓣遗传多样性产生了影响。Sharif等[37]收集了横跨四大洲的643个参薯样本，探讨其遗传多样性和多倍性，结果显示东南亚大陆和太平洋大陆的山药基因库在早期出现分化，参薯在向西传播之前起源于这两个地区，并验证了亚洲和太平洋2个主要参薯基因库独立进化形成的假设。Cao等[38]采用分子标记技术深入分析了中国薯蓣的遗传差异和群体结构，推测薯蓣可能起源于中国并由野生种驯化而来。张玉君[39]对多个产地的薯蓣和参薯进行遗传多样性水平分析，基于其系统发育进化树推测栽培薯蓣主要起源于河南省云台山，栽培参薯主要起源于江西省袁州区。大量研究表明，分子生物学技术在薯蓣属植物中的应用有助于研究其起源与传播，并对于充分发掘野生种质资源、利用基因和分子信息开展育种改良、从头驯化等具有重要意义。

3.2 系统进化研究

随着分子生物学技术的发展，薯蓣属植物的叶绿体基因组逐渐成为研究热点，不但可用于了解属内组间的进化，亦可分析该属与其他物种之间的系统发育关系，Wu等[40]以穿龙薯蓣为材料，采用高通量测序和最大拟然法（maximum likelihood method，ML）构建系统发育树，可以将其与近缘物种有效区分，同时发现穿龙薯蓣与龟甲龙D. elephantipes(L'Hér.) Engl.、几内亚薯蓣间的亲缘关系最近；也有学者利用高通量测序技术对多种薯蓣属植物的全叶绿体基因组进行分析，并基于薯蓣属物种的叶绿体基因组信息构建系统发育树，这些研究采用的实验方法与参数略有不同，但分析结果均在一定程度上揭示了薯蓣属内的进化关系，认为参薯与薯蓣、叉蕊薯蓣与福州薯蓣Dioscorea futschauensisUline ex R. Knuth及黄独与杜氏薯蓣的亲缘关系较近[41-43]。此外，叶绿体全基因组测序研究亦能阐释同种植物不同品种之间的进化关系，如曾晓璇[44]测序得到4种薯蓣的叶绿体基因组数据，并通过ML法对73个薯蓣及其近缘种进行分析，发现共可分为8个组别，其中薯蓣种下可分为5组，研究显示各类样本叶绿体基因组差异较小，但各分支的支长不同，说明这些品种在叶绿体层面存在进化不一致的情况。

DNA条形码作为被子植物中应用较广的一种分子技术，也已成功应用于薯蓣属植物的系统进化研究，通过DNA条形码技术揭示了薯蓣属植物的遗传变异特征，如Lu等[45]深入分析了多个薯蓣属物种的叶绿体序列，结果将trnC-petN、trnL-rpl32、ndhD-ccsA和clpP序列确定为潜在的DNA条形码，系统发育分析表明参薯与短柄薯蓣D. brevipetiolata Prain & Burkill.、光叶薯蓣D. glabra Roxb.的亲缘关系较近，与薯莨D. cirrhosa Lour.、日本薯蓣D. japonica Thunb.、薯蓣的亲缘关系较远。同时，利用DNA条形码技术能够获取薯蓣属植物更为全面的遗传信息。Xia等[46]通过ycf4‐cemA、psaA‐ycf3、clpP‐psbB、rpl14‐rpl16序列对11个薯蓣属物种进行聚类分析，发现同一物种基本聚为一类，这些序列可作为薯蓣属植物聚类分析和物种划分的候选DNA条形码。

4 功能基因的组学研究

4.1 转录组学

应用转录组学技术对薯蓣属植物的研究主要体现在2个方面，一是基于转录组数据揭示植物活性成分的生物合成途径以及生长发育机制，目前，已有多篇采用转录组测序技术对薯蓣属植物中活性成分生物合成的研究报道，鉴定出了多个参与黄酮类、甾体皂苷类以及类胡萝卜素等成分生物合成的基因[47-52]。薯蓣属植物的块茎部分具有很高的经济价值，块茎发育的转录组测序研究尤其受到关注，Li等[53]基于转录组数据研究不同时期薯蓣块茎的生长发育机制，结果显示差异表达基因富集在氨基酸生物合成、核糖体组分生物合成、淀粉和蔗糖代谢等通路。宋岩[54]对不同发育阶段的山药块茎进行转录组研究，并注释得到了与块茎膨大相关的差异表达基因（differentially expressed genes，DEGs）。另一方面，通过转录组数据分析薯蓣属植物体内物质对基因表达的影响，如Riekötter等[55]分析了不同形状薯蓣块茎的转录组信息，研究表明山药块茎的形状取决于自身复杂的植物素信号调控网络，其中油菜素甾醇（brassinosteroids，BRs）起着核心作用。通过对比分析其DEGs，证明BRs能够通过调控与生长素信号相关的DEGs来控制该物种块茎的形状，且BRs的含量与其块茎短粗程度成正比。Wu等[56]通过对比分析不同时期参薯珠芽的转录组数据，发现多种植物素（生长素、CKs和ABA）和蔗糖对涉及细胞分裂、增殖及珠芽形成的功能基因转录表达有正向影响，通过调控上述功能基因来促进其珠芽的形成及生长，尤其是生长素可促进珠芽的启动，这为珠芽生长发育的基因调控研究提供了参考。转录组学是揭示基因表达与生命现象内在联系的重要工具，尤其对深入了解植物的发育和进化具有重要作用，有关薯蓣属植物的转录组测序情况详见表2。

近几年，关于miRNA 在植物生长发育中的调控作用研究不断深入，Zhou 等[57] 对薯蓣块茎的miRNA 进行测序研究，结果表明miRNA160 、miRNA396 、miRNA535 和miRNA5021 参与了该物种块茎膨大的复杂网络调控。从转录水平上探究薯蓣属植物的生长发育机制，对相关基因的调控及其开发利用具有重要意义，为控制其基因的遗传转化奠定理论基础。

4.2 蛋白质组学

蛋白质组学的出现标志着生命科学进入后基因时代[58] ，为深入研究薯蓣属植物的生长发育、应激响应、代谢调控等关键过程提供指导。索宁宁[59] 在研究山药块茎发育的过程中，经过蛋白质组学的测序分析发现差异表达蛋白主要分布在糖代谢、淀粉代谢以及脂质代谢3 类过程中，其中块茎大小与淀粉含量密切相关。Sharma 等[60] 对不同发育阶段的参薯块茎进行蛋白组学研究，结果表明1131 个蛋白主要分布在细胞和代谢2 类过程中，且块茎的生长发育与ASH-GSH 循环、能量代谢和碳水化合物代谢密切相关，并进一步筛选出了调控生长发育的关键酶。同时，汪宝卿等[61] 深入研究不同耐旱性甘薯品种的蛋白质组，注释分析显示2 品种块根差异蛋白分子功能主要涉及过氧化物酶活性、氧化还原酶活性等。在干旱胁迫条件下，耐旱性强的品种可通过诱导产生过氧化酶抵御干旱胁迫，而耐旱性弱的品种则通过蔗糖合酶维持能量代谢。该研究探讨了甘薯耐旱性的生理机制，并发现了一些潜在的耐旱基因。

4.3 重要功能基因研究

4.3.1活性成分相关基因薯蓣皂苷是薯蓣属植物最主要的活性成分，被广泛用于多种药物的合成，需求量极大，因此对参与薯蓣皂苷合成的关键酶基因进行克隆成为主要研究方向。为深入解析薯蓣皂苷的合成机制，科学工作者们以盾叶薯蓣为研究对象，分别克隆获得了SQS基因、CS基因、C24甲基转移酶（sterol C24-methyltransferase，SMT）基因、4-羟基-3-甲基-2-丁烯基焦磷酸还原酶（4-hydroxy-3-methyl-but-2-enyl diphosphate reductase，HDR）基因、4-羟基-3甲基-2赤藓磷酸合酶（4-hydroxy-3-methyl-2-buten1yl diphosphate synthase，HDS）基因、1-脱氧-木酮糖-5-磷酸还原异构酶（1-deoxy-D-xylulose5-phosphate reductoisomerase，DXR）基因、4-胞苷5-磷酸-2-C-甲基-D-赤藓糖醇激酶（4-diphosphocytidyl-2-C-methyl-D-erythritol Kinase，CMK）基因、2-C-甲基赤藓醇-2，4-环焦磷酸合成酶（2-C-methy-D-erythritol2 ，4-cyclodiphosphate synthase ，MDS ）基因、3- 羟基-3- 甲基戊二单酰辅酶A 还原酶（3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme A reductase ，HMGR ）基因，并发现HDR 基因、CMK 基因、HDS 基因、DXR 基因以及MDS 基因等可在大肠杆菌中进行表达[62-69] ，为探索薯蓣属植物皂苷合成的作用机制和表达调控提供信息。此外，许娃丽[70]对菊叶薯蓣D. composita Hemsl.的SQS基因、鲨烯环氧酶（squalene epoxidase，SE）基因、CS基因和HMGR基因的差异表达展开研究，证明HMGR基因在叶、茎和根中的表达量最高，且只有HMGR基因在不同组织中的表达量存在显著性差异。冯宇梅等[71]克隆得到穿龙薯蓣的SQS基因，发现该基因与盾叶薯蓣SQS基因的相似性最高，而且SQS基因在不同组织中的差异性表达与薯蓣皂苷元的含量差异规律相一致，据此推测SQS基因对穿龙薯蓣的薯蓣皂苷元合成具有重要作用。

有关薯蓣属植物其他成分合成途径中关键酶基因的发掘克隆，以山药块根淀粉合成相关酶的研究为主。据报道[72-74] ，已从山药中成功克隆得到了淀粉合成代谢关键酶，包括己糖激酶基因（hexokinase ，HXK ）、果糖激酶基因（fructokinase ，FRK ）、颗粒结合型淀粉合成酶基因（granule-bound starch synthase ，GBSS ）和异淀粉酶基因（isoamylase ，ISA ），并基于生物学分析证明了上述基因对淀粉合成代谢的关键作用。同时，关键酶基因的结构分析也逐渐成为研究的热点，Xue 等[75] 从日本薯蓣中克隆得到储藏蛋白基因，并对其结构和生物活性进行研究，结果发现克隆的储藏蛋白与天然储藏蛋白具有相同的生物活性，但生物活性显著降低，这可能与克隆基因结构糖基化有密切关系。另一方面，对于克隆基因的体外表达研究也逐渐增多，Song 等[76] 从盾叶薯蓣中克隆到SE 基因和细胞色素P450 还原酶（cytochrome P450 reductase ，CPR ）基因，并成功实现了基因的体外表达；王宏鹏等[77]克隆得到菊叶薯蓣的磷酸甲羟戊酸激酶（phosphomevalonate kinase，PMK）基因，并发现水杨酸诱导后的PMK表达与薯蓣皂素的积累具有正比关系。此外，还有学者[78-79]分别从参薯中成功克隆得到花青素合成酶（anthocyanidin synthase ，ANS ）基因、查耳酮合成酶（chalcone synthase ，CHS ）基因和查尔酮异构酶（chalcone isomerase ，CHI ）基因，并证明上述基因与花青素在不同组织中含量的差异性高度一致。这些研究为解析薯蓣属植物萜类、甾醇、花青素和淀粉等成分生物合成机制、探究关键酶基因功能研究奠定基础。薯蓣属植物可通过甲羟戊酸途径（mevalonate ，MVA ）生成薯蓣皂苷，其中角鲨烯合酶（squalene synthase ，SQS ）、3- 羟基-3- 甲基戊二单酰辅酶A 还原酶（3-hydroxy-3-Methylglutaryl-CoA Reductase ，HMGR ）、环阿屯醇合成酶（cycloartenol synthase ，CS ）是MVA 途径的主要关键酶，相关基因克隆情况详见表3 。

4.3.2其他重要基因研究除上述相关基因研究外，在薯蓣属植物的生长发育中，亦有许多其他重要基因被报道，其中Danny等[80]研究发现胁迫应答的转录因子在薯蓣属植物的生长发育中发挥着关键作用。例如，山药中的多种抗逆基因已被成功克隆，并发现在不同环境胁迫中抗逆基因的表达具有明显的差异，且与环境恶劣程度有一定的相关性[81-84]。张青等[85]利用逆转录聚合酶链式反应（RT-PCR）技术，克隆出患高抗炭疽病参薯的病程相关蛋白1（Pathogensis-Related Protein 1，DaPR1），研究发现DaPR1基因在受炭疽菌侵染样品中的表达明显增高，在浸染48h时表达量最大。此外，为探究参薯的抗大肠杆菌机制，刘林娅等[86]克隆得到其贮藏蛋白（Da-dio4）基因，验证Da-dio4可以增强参薯对大肠杆菌的抗性，并推测与其具有脱氢抗坏血酸还原酶活性（ DHA ）和单脱氢抗坏血酸还原酶活性（MDA ）有关。

特异型转录因子亦调控植物的生长发育过程。如邢丽南等[87]克隆山药DoWRKY40基因，并进行生物信息学和表达模式分析及亚细胞定位，构建山药块茎不同发育时期酵母文库，通过酵母双杂交技术筛选得到4类与DoWRKY40相互作用的蛋白，即内切葡聚糖酶蛋白、DNA结合蛋白BIN4、蛋白磷酸酶蛋白和BAG家族分子伴侣蛋白。该研究表明，克隆得到的DoWRKY40基因响应山药的生长发育过程，选到的4类互作蛋白分别参与了山药的生长发育、细胞周期调节与细胞扩增、信号转导及环境胁迫应答，暗示其在山药细胞膨大及信号转导中起到调控作用。此外，SPL（squamosarpromoter-binding-like）基因家族是在高等植物中广泛存在的一类转录因子家族，其参与免疫应答、代谢调节、逆境响应和生长发育等过程。刘铭等[88]通过PCR从参薯中克隆获得DaSPL3的基因序列并分析其特征，采用酵母双杂交技术筛选到DaSPL3的6个互作蛋白，分别为WAT1、eIF4A-3、AKR1、2-羧基-D-阿拉伯糖醇-1-磷酸酶、叶绿体茎环结合蛋白和叶绿素还原酶，并推测DaSPL3除参与参薯块茎发育过程外，还可能与互作蛋白参与免疫反应过程，响应逆境胁迫等过程，为后期探究DaSPL3基因功能及其调控机制提供了必要信息。综上所述，其他重要功能基因的研究为薯蓣属植物优良育种提供科学参考，对提升薯蓣属植物生产效益、保障用药安全具有重要的意义。

5 结语与展望

薯蓣属植物数量较多，且大多含有薯蓣皂苷类化学成分，具有较高的药用价值，因此，分子生物学技术的在该属植物中的应用也受到普遍关注。目前应用DNA 条形码技术和分子标记技术在薯蓣属植物的种质资源评价、品种鉴别、遗传多样性和亲缘关系等方面开展了大量的研究工作，有效地解决了其与近缘物种及混伪品的鉴别、系统进化及物种起源等方面的问题。同时，基于转录组学、蛋白质组学和基因克隆技术深入研究了薯蓣属植物主要活性成分的生物合成途径，并已筛选获得相关重要功能基因，有力推进了该属植物活性成分生物合成机制的研究进程。

然而，在薯蓣属植物的分子标记研究中，对于部分植物亲缘关系的分析结果仍存在差异性，例如都是采用ISSR分子标记技术关于参薯、山薯、褐苞薯蓣及薯蓣亲缘关系的研究，有学者认为参薯与薯蓣的亲缘关系最远[11]，而另一文献的结果为参薯与褐苞薯蓣的亲缘关系最远[12]；又例如基于SSR分子标记的聚类分析显示铁棍山药与其组培苗聚为一类[13]，但在另一实验中利用RAPD 分子标记的检验结果为铁棍山药与其组培苗各自为一组[14] 。这些相同研究得出不同研究结果的现象，可能与实验中分子标记技术获取的DNA 信息不完整有关。未来可以通过扩展引物库或采用更高精度的分子标记技术手段，例如SCoT 分子标记技术、SRAP 分子标记技术等，或者开发多种分子标记的联合应用技术，获取更多的DNA 信息，从而提高薯蓣属植物亲缘关系信息结果的准确性和一致性。

现阶段分子生物学技术在薯蓣属植物中应用广泛，通过搭建基因组，解决了其系统进化方面的问题，并揭示了薯蓣属植物重要活性成分薯蓣皂苷的主要合成途径。未来可通过联合基因组学、转录组学等多组学技术，深入发掘调控薯蓣皂苷生物合成的相关基因，完整解析薯蓣皂苷类成分的生物合成途径，阐释其合成机制。另一方面，随着分子生物学技术的不断发展和普及，拓展薯蓣属物种的研究范围，发现新的药用资源，促进优良种质的培育，为薯蓣属植物种质资源的深度开发、持续利用及有效保护提供有力支持。

利益冲突 所有作者均声明不存在利益冲突

参考文献（略）

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