甘薯(Ipomoea batatas(L.)Lam)作为以地下器官为产品的双子叶作物,其产量和品质的形成与光合产物的运输密切相关。蔗糖作为光合产物运输的主要形式,其跨膜运输由糖转运蛋白介导,而蔗糖转运蛋白作为蔗糖跨膜进出韧皮部的主要蛋白,在蔗糖源库间分配与运输中发挥重要作用。本研究针对迄今为止有关甘薯蔗糖转运蛋白调控源库间蔗糖运输及分配的机制尚未报道的现状,首先采用RACE技术,从甘薯中克隆得到了甘薯蔗糖转运蛋白基因IbSUT3和IbSUT4,并对其进行生物信息学分析;之后系统探究甘薯体内四个蔗糖转运蛋白基因(IbSUT1、IbSUT2、IbSUT3和IbSUT4)所编码蛋白的转运功能、亚细胞定位情况和基因在不同组织、不同逆境处理下的表达模式,以期初步探究基因的功能;最后,以过量表达IbSUT4的转基因拟南芥和野生型拟南芥为材料,进行表型观察和非生物胁迫处理,进一步深入探究甘薯IbSUT4基因的功能,为阐明甘薯蔗糖运输和分配的调节机制提供理论基础。主要取得以下结果:(1)从甘薯中克隆得到两个甘薯蔗糖转运蛋白基因IbSUT3(MN233361)和IbSUT4(MN233360)。利用生物信息学的手段对IbSUT3和IbSUT4基因编码的蛋白进行开放阅读框长度、氨基酸的数量、蛋白质质量、等电点、跨膜结构域、序列比对、系统进化树分析。IbSUT3基因开放阅读框长度为1518 bp,编码的蛋白含有505个氨基酸;IbSUT4基因开放阅读框长度为1512bp,编码的蛋白含有503个氨基酸。进化树结果表明IbSUT3编码的蛋白属于SUT1亚族,IbSUT4编码的蛋白属于SUT4亚族。(2)鉴定蔗糖转运蛋白是否具有转运蔗糖的功能为后续研究提供了基础,在酵母缺陷菌株SUSY7/ura3中异源表达甘薯蔗糖转运蛋白IbSUT1、IbSUT2、IbSUT3和IbSUT4基因,酵母能在以蔗糖为碳源的培养基上正常生长,证明上述四个蔗糖转运蛋白均具有转运蔗糖的功能。明确蛋白的定位为分析其功能提供了依据,在烟草叶肉细胞原生质体中对甘薯蔗糖转运蛋白进行亚细胞定位分析,结果表明IbSUT1、IbSUT2和IbSUT3定位于质膜,IbSUT4定位于质膜和液泡膜。不同的蔗糖转运蛋白基因具有不同的组织表达模式,荧光定量PCR结果表明,IbSUT1、IbSUT2和IbSUT3高表达于甘薯源器官,IbSUT4高表达于甘薯库器官。低温、高盐、干旱以及外源ABA均诱导4个蔗糖转运蛋白基因的表达,但每个基因的响应模式不同。(3)为进一步探究IbSUT4的功能,获得了过表达IbSUT4的转基因拟南芥(SUT4-1、SUT4-7、SUT4-10)株系。表型观察结果表明,过表达IbSUT4通过提高AtAF的表达促进拟南芥提前开花。在外源ABA处理下,由于转基因拟南芥中AtABI3表达量显著升高,从而造成种子对ABA超敏感。过表达IbSUT4增加转基因植株根系中蔗糖的积累,从而提高转基因植物抗逆能力,且通过提高ABA通路AtABF2、AtABF4、AtSnRK2.2、AtSnRK2.3和AtPYL8/RCAR3的表达,降低AtABI1的表达,来响应逆境。结果证明,IbSUT4在维持植物生长发育和抵抗逆境胁迫过程中发挥重要作用。