1、馬鈴薯轉化酶及其抑制子基因家族分析及與低溫糖化關系研究馬鈴薯富含淀粉 , 是世界第四大糧食作物 , 在保障糧食安全中具有重要地位。全球食用馬鈴薯消費正在從鮮食轉向加工食品 , 其中薯條薯片等馬鈴薯油炸加工產品在馬鈴薯加工業中占據主要地位。為了抑制常溫貯藏導致的塊莖失水皺縮、 病害傳播、 發芽等現象及延長加工周期等 , 馬鈴薯塊莖通常在低溫條件下貯藏。然而 , 低溫導致還原糖大量累積, 使得在高溫油炸時還原糖與自由氨基酸發生褐化反應 , 嚴重影響加工產品的品質。酸性轉化酶分解蔗糖形成還原糖（ 葡萄糖和果糖）, 是調控還原糖含量的一個重要的代謝酶。本研究主要通過生物信息學途徑, 分析馬鈴薯酸性轉化

2、酶基因家族及其抑制子基因家族成員 , 系統分析基因結構特征, 量化其在貯藏塊莖中的轉錄水平, 結合測定酸性轉化酶活性和還原糖含量的變化, 確定關鍵的酸性轉化酶和轉化酶抑制子候選基因 , 探討貯藏期馬鈴薯塊莖酸性轉化酶活性調節的潛在分子機制, 為馬鈴薯加工品質改良奠定基礎。研究取得的主要結果如下：1.以NCBI核酸數據庫和CPGP勺EST數據庫為基礎 , 通過生物信息途徑檢索到馬鈴薯基因組中有6 個酸性轉化酶基因 , 其中 4 個為細胞壁轉化酶基因和2個為液泡轉化酶基因。通過Real-time qRT-PC期析盛花期馬鈴薯不同組織器官中 6 個酸性轉化酶基因的表達, 表明它們各自具有獨特的轉錄模

3、式 , 為深入研究各個酸性轉化酶基因的功能及其應用奠定了基礎。利用抗低溫糖化性狀具有顯著差異的馬鈴薯基因型, 比較了7貯藏60 d 和7貯藏60 d 后在21回暖21 d 的塊莖中 6個酸性轉化酶基因的轉錄水平, 初步篩選出與低溫糖化相關的酸性轉化酶基因 StvacINV1 。 2. 以煙草轉化酶抑制子 基因 NtInvInh2 和馬鈴薯 Kunitz-type 蛋白類型的潛在的轉化酶抑制子基因St-inh 轉基因株系為材料, 比較了兩個基因抗低溫糖化的效果。結果顯示 , 兩類轉基因株系均不同程度地降低了低溫貯藏塊莖中酸性轉化酶的活性 , 抑制了還原糖的積累 , 促進了蔗糖含量的升高 , 改善

4、了馬鈴薯油炸色澤。這些結果表明表達這兩類轉化酶抑制子均影響了塊莖中蔗糖的代謝。比較兩類轉基因株系對加工品質的影響表明 , 轉 NtInvInh2 改善加工品質的效果優于St-inh 。3.根據CPG嗷據庫中重疊群的序列信息，克隆了 4個與1NtInvInhs 同源的馬鈴薯推定轉化酶抑制子StlnvInh1 、 StInvInh2A 、StlnvInh2B 和 StlnvInh3 基因。序列分析顯示它們具有典型的 PMEI-RP(Pectinmethylesterase/Invertaseinhibitor- related protein, 果膠甲脂轉移酶轉化酶抑制子相關蛋白 ) 家族成員的結

5、構特征；基因組結構分析表明 StInvInh2A 和 2B 由單外顯子組成 , 而StInvInh1 和 StInvInh3 由兩個外顯子和一個內含子組成。 將6 個基因型的馬鈴薯塊莖分別在4和20貯藏, 檢測貯藏期間上述抑制子和轉化酶StInv1(StvacINVl) 基因的相對轉錄水平, 結果顯示 ,StInvInh2 和還原糖積累呈負指數相關 , 而 StInv1 和還原糖積累呈正直線相關, 其相對表達率StInv1/Stlnvlnh2與還原糖積累具有更顯著的相關性, 暗示 StInv1 和 StInvInh2 之間可能通過互作效應影響低溫糖化。在洋蔥表皮細胞和煙草 BY-2 細胞中的雙分子熒光互補實驗證明 ,StInv1 和StInvInh2 (StInvInh2A 和 StInvInh2B) 蛋白之間確實存在互作效應 ,StInvInh2A和 StInvInh2B 均為 StInv1 的配對物 , 兩者可能是StlnvInh2 的同工體。同時,重組蛋白 StInvInh2B 抑制了可溶酸性轉化酶活性 , 表明其具有轉化酶抑制子特性。上述結果表明 , 馬鈴薯塊莖低溫糖化 ,