细胞壁蔗糖转化酶在植物光合同化物的分配和调节过程中发挥着重要作用,在拟南芥、水稻、番茄等物种中均已证实。以块根为贮藏器官的木薯,细胞壁蔗糖转化酶在其源库分配上有何作用?此外,细胞壁蔗糖转化酶在木薯衰老过程中有何作用?这是本文要解析的两个科学问题。本研究以木薯细胞壁蔗糖转化酶家族中表达量最高、且随着木薯的生长状态发生明显的变化的MeCWINV3基因为研究对象,构建了MeCWINV3基因过表达载体并转化获得转基因木薯植株,通过对转基因植株的各项生理生化指标进行研究,并开展转录组测序分析差异表达基因,得到如下结果:(1)过表达MeCWINV3专一性的提高了转基因木薯植株叶片和块根中的细胞壁蔗糖转化酶活性,并导致植株叶片中蔗糖含量的下降,以及葡萄糖和果糖含量的上升;稳定同位素实验结果显示,过表达植株茎流液及须根中被标记的蔗糖含量显著低于野生型,暗示了可溶性糖的向外输出能力整体下降可能是转基因植株块根生长受到抑制的主要原因。(2)对叶片临时性淀粉的检测结果显示,过表达材料在暗周期末并没有将临时性淀粉消耗完,推测与淀粉降解关键基因GWD的下调表达有关。(3)与野生型相比,过表达MeCWINV3的转基因木薯衰老加速,通过转录组测序,结果表明,转基因植株ABA信号途径上相关基因的表达发生了改变,推测转基因引起的糖稳态的改变,可能是导致ABA信号通路基因表达发生改变的原因,并进而引起了ROS和PCD的上调,可能与衰老相关。综上所述,MeCWINV3在光合同化物的源库分配上发挥重要作用。过表达MeCWINV3基因使蔗糖在源器官的转出不足,造成向外转运的光合同化物下降,库器官储藏根产量降低。MeCWINV3催化蔗糖形成单糖,会引起植株ABA信号通路相关基因发生改变,与植株衰老相关。本研究对解析木薯细胞壁蔗糖转化酶调节光合同化物从源到库运输,以及阐明细胞壁蔗糖转化酶在调控糖稳态进而影响植株衰老方面的机制,具有重要的意义,也为木薯的品种改良提供理论依据。