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蔗糖是高等植物光合作用的主要产物,是百合中同化物从源到库运输的主要形式,库器官的蔗糖代谢,直接影响着光合产物的运输和分配,进而影响库器官的形成和发育。珠芽为百合属植物重要的无性繁殖器官,从植物生长发育角度来看,珠芽在其形成和发育过程中需不断从源组织获得大量的同化产物,是一个很强的代谢库。腋生珠芽获取同化产物的能力很大程度上取决于其自身的库强,而库强常取决于糖代谢关键酶的活性。目前,关于百合蔗糖代谢及“源/库”关系的研究对象主要集中于鳞片及新生小鳞茎,而关于珠芽形成中的蔗糖代谢未见报道。本研究拟以卷丹为试验材料,通过对珠芽形成过程不同阶段的可溶性糖、淀粉含量及蔗糖代谢的关键酶活性进行测定,开展百合珠芽形成过程中蔗糖代谢的系统研究,进一步对参与珠芽形成过程中蔗糖代谢的关键酶基因进行分离和表达分析,以期揭示百合珠芽形成的蔗糖代谢机理,为人工调控珠芽形成,有效提高百合繁殖系数奠定理论基础。主要研究结果如下:1.卷丹离体珠芽形成过程的蔗糖代谢。珠芽原基启动前,蔗糖含量急剧下降,同时,葡萄糖和果糖含量也呈下降趋势,而淀粉含量持续升高,发生蔗糖降解和淀粉合成。珠芽形成后期,可溶性糖含量与淀粉含量变化趋势较一致,均升高,珠芽原基开始膨大。上述的蔗糖代谢在一系列酶的催化作用下发生,主要有合成蔗糖的SPS和SuSy(合成方向)及分解蔗糖的SuSy(分解方向)和Inv。在珠芽形成过程中,SuSy合成方向活性的变化趋势与SPS基本一致,但其活性远远大于SPS。同样的,SuSy分解方向的活性变化趋势整体与CWI、SAI和NI的较相似,但其活性也显著高于三种Inv,说明SuSy是参与卷丹珠芽形成蔗糖代谢的关键酶。此外,在珠芽原基形成过程中SuSy合成方向和分解方向的变化趋势相反,即在珠芽原基启动过程中SuSy分解方向的活性显著升高,SuSy合成方向的活性显著降低,加速了蔗糖降解,使叶腋蔗糖浓度降低,增强了库强,促进蔗糖输入和淀粉合成。2.卷丹蔗糖合成酶基因LlSUS2的克隆及表达分析。基于转录组中SuSy(c129 100_g1)的序列信息克隆获得了卷丹SuSy的全长序列,命名为LlSUS2。LlSUS2开放阅读框长2544 bp,编码847个氨基酸残基,其编码蛋白分子量为95.77 kD,理论等电点(pI)为5.72。LlSUS2与相关同源蛋白高度相似,且与同科植物郁金香(Q41607.1)的亲缘关系最近。蛋白质理化性质分析表明,LlSUS2为稳定的亲水的非分泌蛋白,无跨膜结构,于51-64 aa和205-218 aa可形成卷曲螺旋结构;氨基酸序列分析表明LlSUS2含有Sucrose synthase(11-557 aa)和Glycosyl transferases group 1(574-733 aa)两个典型的结构域;亚细胞定位预测表明LlSUS2主要定位于细胞质。qRT-PCR分析结果表明,LlSUS2在卷丹珠芽形成过程中表达量逐渐升高,其中在诱导珠芽形成早期阶段,LlSUS2的表达量升高缓慢,而在叶腋隆起至珠芽形成的后期阶段LlSUS2急剧升高,于珠芽结构形成时达到最大值。