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马铃薯富含淀粉,是世界第四大粮食作物,在保障粮食安全中具有重要地位。全球食用马铃薯消费正在从鲜食转向加工食品,其中薯条薯片等马铃薯油炸加工产品在马铃薯加工业中占据主要地位。为了抑制常温贮藏导致的块茎失水皱缩、病害传播、发芽等现象及延长加工周期等,马铃薯块茎通常在低温条件下贮藏。然而,低温导致还原糖大量累积,使得在高温油炸时还原糖与自由氨基酸发生褐化反应,严重影响加工产品的品质。酸性转化酶分解蔗糖形成还原糖(葡萄糖和果糖),是调控还原糖含量的一个重要的代谢酶。本研究主要通过生物信息学途径,分析马铃薯酸性转化酶基因家族及其抑制子基因家族成员,系统分析基因结构特征,量化其在贮藏块茎中的转录水平,结合测定酸性转化酶活性和还原糖含量的变化,确定关键的酸性转化酶和转化酶抑制子候选基因,探讨贮藏期马铃薯块茎酸性转化酶活性调节的潜在分子机制,为马铃薯加工品质改良奠定基础。研究取得的主要结果如下：1.以NCBI核酸数据库和CPGP的EST数据库为基础,通过生物信息途径检索到马铃薯基因组中有6个酸性转化酶基因,其中4个为细胞壁转化酶基因和2个为液泡转化酶基因。通过Real-time qRT-PCR分析盛花期马铃薯不同组织器官中6个酸性转化酶基因的表达,表明它们各自具有独特的转录模式,为深入研究各个酸性转化酶基因的功能及其应用奠定了基础。利用抗低温糖化性状具有显著差异的马铃薯基因型,比较了7℃贮藏60 d和7℃贮藏60 d后在21℃回暖21 d的块茎中6个酸性转化酶基因的转录水平,初步筛选出与低温糖化相关的酸性转化酶基因StvacINV1。2.以烟草转化酶抑制子基因NtInvInh2和马铃薯Kunitz-type蛋白类型的潜在的转化酶抑制子基因St-inh转基因株系为材料,比较了两个基因抗低温糖化的效果。结果显示,两类转基因株系均不同程度地降低了低温贮藏块茎中酸性转化酶的活性,抑制了还原糖的积累,促进了蔗糖含量的升高,改善了马铃薯油炸色泽。这些结果表明表达这两类转化酶抑制子均影响了块茎中蔗糖的代谢。比较两类转基因株系对加工品质的影响表明,转NtInvInh2改善加工品质的效果优于St-inh。3.根据CPGP数据库中重叠群的序列信息,克隆了4个与1NtInvInhs同源的马铃薯推定转化酶抑制子StlnvInh1、StInvInh2A、StlnvInh2B和StlnvInh3基因。序列分析显示它们具有典型的PMEI-RP (Pectinmethylesterase/Invertase inhibitor- related protein,果胶甲脂转移酶／转化酶抑制子相关蛋白)家族成员的结构特征；基因组结构分析表明StInvInh2A和2B由单外显子组成,而StInvInh1和StInvInh3由两个外显子和一个内含子组成。将6个基因型的马铃薯块茎分别在4℃和20℃贮藏,检测贮藏期间上述抑制子和转化酶StInv1 (StvacINVl)基因的相对转录水平,结果显示,StInvInh2和还原糖积累呈负指数相关,而StInv1和还原糖积累呈正直线相关,其相对表达率StInv1/Stlnvlnh2与还原糖积累具有更显著的相关性,暗示StInv1和StInvInh2之间可能通过互作效应影响低温糖化。在洋葱表皮细胞和烟草BY-2细胞中的双分子荧光互补实验证明,StInv1和StInvInh2 (StInvInh2A和StInvInh2B)蛋白之间确实存在互作效应,StInvInh2A和StInvInh2B均为StInv1的配对物,两者可能是StlnvInh2的同工体。同时,重组蛋白StInvInh2B抑制了可溶酸性转化酶活性,表明其具有转化酶抑制子特性。上述结果表明,马铃薯块茎低温糖化,可能通过转化酶及其抑制子在转录水平和翻译后水平上的多重调节。StlnvInh2与Stlnv1蛋白互作调节酸性转化酶活性的方式在调控马铃薯块茎低温糖化进程中起着重要作用。