木薯(Manihot esculenta Crantz)是典型热带作物,具有高产和高淀粉的特性,其块根是全球热区重要的粮食、工业淀粉和燃料乙醇的来源。碱性亮氨酸拉链(basic leucine zipper,bZIP)是转录因子中分布范围最广,家族成员最多的一类转录因子,在植物生长发育和生物积累中起重要作用。目前,木薯中关于MebZIP的研究报道很少,MebZIP成员调节块根淀粉代谢方面的研究鲜见。本研究旨在探讨MebZIP在淀粉合成途径中的作用,相关研究结果如下:1.木薯MebZIP基因家族有104个成员,依托木薯转录组分析结果,筛选在栽培木薯和野生木薯块根中差异表达显著的bZIP基因,最终选择了 10个MebZIP基因,其在栽培木薯(KU50、SC8和Arg7)块根中的转录活性是野生种(W14)的1.42-185倍,根据基因ID号依次命名为MebZIP1-MebZIP10。实时荧光定量PCR进一步确认了 10个MebZIP基因在栽培木薯和野生木薯间的转录活性差异:块根中,MebZIP3、MebZIP4、MebZIP7、MebZIP8 和 MebZIP9 在栽培种中的转录活性都显著高于野生种;功能叶中,MebZIP2几乎不表达,MebZIP4、MebZIP9、MebZIP10在栽培种中的相对表达量高于野生种。2.MebZIP能快速响应外源ABA,在叶片和根中的相对表达量都瞬时增高。MebZIP1、MebZIP7和MebZIP10在ABA处理1小时后叶片和根中的相对表达量均达到峰值;MebZIP8和MebZIP9在叶片中的转录水平最高分别是1小时和6小时。3.4个MebZIP成员在栽培木薯和野生木薯的不同发育时期各组织部位表达模式分析:块根形成期,MebZIP9和MebZIP10在栽培种块根和叶片中的转录活性高于野生型;块根膨大期,MebZIP7、MebZIP9和MebZIP10在栽培木薯块根、叶片和茎中表达水平都高于W14;块根成熟期,MebZIP9在栽培种块根、叶片和茎中的表达量都高于野生型。特别地,MebZIP9在栽培种不同发育时期块根和叶片中的表达量都比同时期的野生型高。4.4个MebZIP基因响应非生物胁迫PEG、盐、低温和高温。MebZIP7表达受PEG、盐和高温诱导上调;MebZIP8在盐和高温诱导的早期叶片中的相对表达量就达到峰值;MebZIP9的表达受盐和高温诱导上调,在叶片中的表达受低温抑制;MebZIPI0的表达受高温抑制。5.4个MebZIP成员部分转基因植株块茎干物质率高于野生型,MebZIP7的2个转基因植株的干物质率均高于野生型,编号MebZIP8-2、6、21、32转基因植株块茎的干物质率高于野生型,MebZIP9转基因植株中的MebZIP9-8、20、23植株的块茎干物质率高于野生型,MebZIP10转基因植株中的MebZIP10-3、22、23、40、43、45植株的块茎干物质率高于野生型。马铃薯转化结果显示MebZIP可以提高块茎淀粉含量,推断MebZIP参与调节木薯块根淀粉合成。6.马铃薯转化试验发现MebZIP部分转基因植株块茎淀粉、直链淀粉和支链淀粉的含量都有不同程度的增加。MebZIP7的两个转基因株系块茎淀粉、直链淀粉和支链淀粉含量都高于野生型,淀粉含量显著地高于野生型,分别是野生型的1.2和1.5倍;MebZIP8转基因植株中有8个株系淀粉含量显著地高于野生型;MebZIP9转基因植株MebZIP9-8、9、20的块茎淀粉含量显著地高于野生型,是野生型淀粉含量的1.2-1.5倍;MebZIP10转基因植株中有8个株系的淀粉含量显著地高于野生型,倍数在1.1-1.4倍之间,其中淀粉含量是野生型的1.3倍以上的有MebZIP10-3、7、43。转基因植株块茎还原糖含量与野生型相比基本没变化。淀粉代谢相关酶基因在转基因马铃薯植株中的表达分析显示4个MebZIP成员在马铃薯中过表达能提高块茎中淀粉合成相关酶基因的转录活性。7.木薯转化结果:构建了 MebZIP7和MebZIP9的过表达和RNAi干扰载体并进行了木薯转化,现在转化进行到出芽阶段,正在进行后续实验。