【摘 要】
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甘薯是重要的粮食、饲料、工业原料作物和新型的生物能源作物,细胞壁蔗糖转化酶（cell-wall invertase,CWIN）是植物源、库组织蔗糖代谢的关键酶,但关于甘薯Ib CWIN基因家族成员及功能研究较少。本研究利用生物信息学方法鉴定Ib CWIN家族,并对家族成员的理化性质、保守结构域、系统进化关系、启动子作用元件、组织特异性表达模式进行分析。同时以三种不同类型甘薯为材料,测定不同生长发育
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甘薯是重要的粮食、饲料、工业原料作物和新型的生物能源作物,细胞壁蔗糖转化酶（cell-wall invertase,CWIN）是植物源、库组织蔗糖代谢的关键酶,但关于甘薯Ib CWIN基因家族成员及功能研究较少。本研究利用生物信息学方法鉴定Ib CWIN家族,并对家族成员的理化性质、保守结构域、系统进化关系、启动子作用元件、组织特异性表达模式进行分析。同时以三种不同类型甘薯为材料,测定不同生长发育期不同组织部位间的蔗糖、可溶性总糖、淀粉含量,结合Ib CWIN基因家族的表达模式,以期在基因水平上对甘薯蔗糖和淀粉转化合成关系有进一步的认识。主要结果如下:（1）甘薯中含有10个Ib CWIN基因,分布在8条染色体上,都含有Glyco＿32保守结构域及相同或相似的保守基序motif,属于糖基水解酶基因家族GH32。Ib CWIN基因家族编码氨基酸442-1115个,蛋白质分子量范围为49.56-124.44 k D,等电点为5.0-9.1。Ib CWIN基因家族启动子中含有多种类型的顺式作用元件。进化树分析发现,Ib CWIN基因家族与Me CWINV1、At CWINV6;Me CWINV3、Me CWINV4;Me CWINV6基因邻近,推测Ib CWIN基因家族与这些基因具有相似的功能。（2）荧光定量PCR结果显示Ib CWIN基因家族在甘薯不同组织中均有表达且有多种表达模式。在地上部分高表达的基因有Ib CWIN1、Ib CWIN5、Ib CWIN6、Ib CWIN7、Ib CWIN8、Ib CWIN9、Ib CWIN10;在地下部分表达量较高的有Ib CWIN2、Ib CWIN4。除此之外Ib CWIN4、Ib CWIN5、Ib CWIN6、Ib CWIN7、Ib CWIN9在鄂薯6和鄂薯11块根中表达量高于福菜薯18。盆栽试验中在地下部位具有较高表达的基因有Ib CWIN2、Ib CWIN3、Ib CWIN9,与淀粉含量变化趋势一致的是Ib CWIN2和Ib CWIN9,在块根中表达量高于其他组织部位。推测不同组织中高表达基因在该组织蔗糖和淀粉的转化合成中发挥主要作用。田间试验结果与盆栽结果存在差异,可能Ib CWIN基因家族的表达与甘薯基因型和外界环境因素有关。（3）三种类型甘薯在蔗糖和可溶性总糖的积累运输变化中,叶、叶柄、茎三个部位紧密相关。在淀粉含量变化中,不同时期块根与须根、茎、叶间存在显著或极显著正相关关系,而地上部分淀粉含量不存在显著相关关系。在块根淀粉积累速率变化过程中,高淀粉型和食用型甘薯在块根淀粉积累调控方面要优于菜用型甘薯。（4）三种类型甘薯块根中蔗糖与可溶性总糖、Ib CWIN1;淀粉与Ib CWIN4、Ib CWIN5、Ib CWIN6、Ib CWIN9成极显著或显著正相关关系,蔗糖和可溶性总糖与Ib CWIN2、Ib CWIN5、Ib CWIN7;淀粉与可溶性总糖含量成极显著或显著负相关关系。结合盆栽试验结果,可能与甘薯蔗糖和可溶性总糖含量密切相关的基因是Ib CWIN4、Ib CWIN5、Ib CWIN6,与块根淀粉含量密切相关的基因是Ib CWIN2、Ib CWIN4、Ib CWIN5、Ib CWIN6、Ib CWIN9。
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